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의공학개론 20160928

방사선 사진 채득과 분석구강 내 모형의 채득과 분

석

치료 및 수술 계획수립을

위한 분석

2차원 치료 및 수술 시뮬레이션

모의 치료 및 수술

수술용 가이드 제작

양악 수술

기존의 치과에서 행해지는 치료 simulation

2006년 이후 Laser scanning 을 이용한 구강내 모형의 재구성과 치료simulation

Manufacturing of Surgical Guide

Surgical simulation

Laser scanning of oral model

방사선 사진 채득과 분석구강 내 모형의 채득과 분

석2차원 치료 및 수술 시뮬

레이션

모의 치료 및 수술

3D CT를 이용한 임플란트 치료 simulation

Manufacturing of Surgical Guide

Implant fixation

Era of Digital Dentistry

3D 프린팅 기술을 이용한

치과 산업 분야 활용

Contents

2

Digital Dentistry로 변화하는 치과계

치과 산업에 활용되는 3D 프린팅 기술 현황

3D 프린팅 기술 적용 치과용 출력물과 극복과제

Digital Dentistry로 변화하는 치과계

종래의 치과 보철물 제작 과정

1. 치아 삭제

18

2. 인상채득 3. 인상모형(석고) 제작

인상 모형 제작


캐스팅용 원형 제작

4. Casting 원형(Wax) 제작

6. 주형(mold) 제작 7. 치관 주조(casting) 8. 인공치아 완성5. 매몰(investing)

1. 치아 삭제 2. 인상 채득 3. 인상모형 제작

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임시 치아 제작

1. Impression coping 연결 2. 인상 채득 3. 인상모형 제작 4. 임시치아 제작

Bur로 가공하여 최종 임시치아 제작

인상모형에서 Resin을 압착하여 치아기본형상 제작

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Digital Dentistry로의 변화

Intraoral Scan, CT

Intraoral Scan (구강 스캐너)

21

Dental CT


Dental CAD

치아 디자인

22

시술용 Template 디자인


Dental CAM(Milling Machine)

23


Dental CAM(3D Printer)

24


CAD/CAM 치과 치료의 Goal환자 내원 당일 처치 후 심미, 기능적인 최종 보철 장착

당일 Setting !

25


CAD/CAM 치과 치료의 Goal

최종 보철물을 제외하고, 실물 없이 Data로 정보 관리

1) 치과 – 인상 채득 X 인상체 X

2) Lab 과정 – 보철물 제작 부품 X 작업 모형 X, Crown Wax up X

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CAD/CAM 치과 치료의 Goal초보자도, 중급자도 숙련도에 상관 없이, 고품질의 보철 치료 가능

1) 치과 – 인상 채득 정밀도, 보철물 Setting 적합/교합 조정

2) Lab 과정 – 심미적 보철물 (외형/Shade), 보철물 Good Fitness

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Casting Temporary Crown

Final CrownWorking Model

lmplant Guide

3D PrinterMilling Machine

TemporaryCrown

Tools

Casting

Zirconia, Glass Ceramic,

PMMA, Metal 등

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광경화성 레진

Milling Machine과 3D 프린터 비교

29

(Ref : Tariq F. Alghazzawi, Advancements in CAD/CAM technology, Journal of prosthodontic research -60(2016) 72-84 )

구분 Milling 3D Printing

Digital Models O O (SLA, DLP)

Custom Trays X O (PolyJet)

Wax-up O O (DLP)

Burnout Pattern for Copings/Frameworks, Crowns, FPD, Inlays, Onlays, Veneers, Removable Partial Framework

O O (DLP)

Provisional Restorations O O (DLP)

Splint O X

Surgical Drill Guide O O (PolyJet, DLP)

Chromium Cobalt Removable PartialFramework

X O (Metal laser sintering)

Chromium Cobalt Copings, Crowns, Bridges O O (Metal laser sintering)

Complete Dentures O O (특정 업체)

Zirconia & Glass-Ceramic Restoration O X

Titanium Abutments & Bar O X

Milling Machine과 3D 프린터 비교

30

(Ref : Tariq F. Alghazzawi, Advancements in CAD/CAM technology, Journal of prosthodontic research -60(2016) 72-84 )

구분 Milling 3D Printing

Advantages (1) 한 장비로 다양한 재료가 사용 가능

(2) 소재의 안전성이 확보 (가공 전후 물성동일)

(1) 특별한 절삭 공구 필요 없음

(2) 복잡하거나 미세한 부위까지 구현

(3) 재료 낭비없이 설계대로 제작

(4) 대량 생산 가능

(5) 장비 구동이 단순하고 쉽다

(6) 빠른 속도

Disadvantages (1) 공구의 크기에 의한 제약 (얇거나 깊거나)

(2) 복잡한 형상(undercut 부분) 불가

(3) Milling(+Grinding)으로 재료 소모 많음 (4) 고

가의 CAM 장치 필요

(1) 재료의 제약

(2) 재료의 안전성 검증 확보 필요

(3) 제작할 품종별 다양한 장비 확보 필요 (4) 소

재 가격 고가

치과 산업에 활용되는 3D 프린팅 기술 현황

3D 프린팅 기술의 치과 활용 전망 (정책)• 2014년 12월 미래창조과학부/산업통상자원부 3D프린팅 전략기술 로드맵 수립 (’15~’24)

• 1) 시장수요를 고려한 3D프린팅 핵심 활용분야 도출, 2) 활용분야 연계형 장비, 소재, S/W 기술확보

전략 제시 3) 첫 번째 핵심 활용분야로 치과용 의료기기를 선정

(Ref. 3D프린팅 전략기술 로드맵)

32

3D 프린팅 기술의 치과 활용 전망 (정책)

※ 치과용 의료기기 분야 전략 로드맵

33

(Ref. 3D프린팅 전략기술 로드맵)

3D 프린팅 기술의 치과 활용 전망 (관련 업계)

34

3D 프린터의 작동 방식별 비교

35

※ 5점 척도 측정, 점수가 높을 수록 각 속성에서 장점(우수성)을 가짐

※ 자료: 최성권(2010), ‘산업디자이너를 위한 신속조형기술 RP 활용 가이드’ 및 한국 기계 연구원 분석 자료

가공 정밀도 표면 조도 제작 속도 재료 강도 장비 가격

FDM 1 2 2 3 5

Polyjet 4 4 3 3 3

MJM 5 4 3 2 4

3DP 3 3 5 1 3

SLA 4 4 3 2 4

DLP 5 4 5 2 4

SLS 3 3 3 4 2

SLM 2 2 3 4 2

EBM 4 4 2 5 1

DMT 3 3 2 5 1

LOM 3 2 3 3 4


Poly Jet(분사) - Stratasys

- 광경화와 잉크젯 방식의 혼합

- 프린트 헤드의 수백개의 미세 노즐에서 재료를 분사함과 동시에 자외선으로 경화

• 장점 : 조형물의 품질이 높음(16μm 가능)

지지대를 워터젯 방식으로 녹여 제거

• 단점 : 사용 가능한 원료의 한계 (자외선에 반응하는 감광성 수지(고가, 경도 약함) 사용)

36


MJM(분사) – 3Dsystems

- 프린트 헤드에서 광경화성 수지(모델 재료)와 Wax(지지대 재료)를 동시 분사, 자외선으로 경화

• 장점 : 정밀도가 높은 기술

뛰어난 곡선 처리, 우수한 표면 조도로 후처리 필요 없음

• 단점 : 강도가 약하며 65℃ 이상의 온도에서는 변형 발생(원료의 문제)

고가의 원료 가격

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SLA(액체 광중합) – 3Dsystems- 미국의 3D Systems 사가 특허를 가지고 있는 방식

- 액체 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 저전력∙고밀도의 UV 레이저 투사하여 경화

- 조형판 위에 지지대를 조성, 조형하고자 하는 모델의 아랫부분부터 경화∙적층

- 적층이 완성될 때마다 조형 모델을 아래로 하강시키며 수평 유지

- 주로 치과 시스템, 보석 세공 틀을 만드는데 사용

• 장점 : 레이저 사용으로 정밀도가 높으며 표면 조도 우수 중간 정도의 조형 속도

• 단점 : 강도가 약하고 60℃ 이상의 온도에서 변형 발생

출력 후 지지대 제거 작업 필요 사용 가능 원료와 색상이 제한적

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DLP(Digital Light Processing, 액체 광중합) – EnvisionTec

- 빛에 의해 고체화 되는 액상의 광 경화수지를 재료로 사용

- DLP 프로젝터 사용하여 경화

- 원리 : 빛이 투광되는 수조에 액상 재료를 담고 아래쪽에서

DLP 엔진을 통해 조형 대상물의 단면 영상을 재료에 투사하여 필요 부분만 경화

• 장점 : 표면 조도 우수

낮은 소음

사진과 같은 면 단위 조형방식으로 작업속도 균일

SLA 대비 빠른 조형 속도

• 단점 : 조형물 사이즈 작음DLP 전용 수지 재료 사용으로 원료 선택의 제한 불완전 경화로 케미칼 용출 우려

39

3D 프린터의 소재 – 광경화성 수지

① 올리고머(Oligomer): 수지의 물성을 좌우하는 중요한 성분으로 주로 아크릴 화합물이 적용

종류가 다양하여 어떤 물질을 선택하느냐에 따라 최종 물성이 변화 è 용도에 적합한 재료 선정② 모노머(Monomer): 올리고머의 반응성 희석제로 사용되어 작업성을 부여와 함께 가교제의 역할 반응성은 크지만 독성 및 휘발성이 적고 공기 중에서도 잘 경화할 수 있어야 함

③ 광 개시제(Photoinitiator): 자외선을 흡수하여 중합을 개시시키는 역할

단독 혹은 2-3종류를 블렌딩하여 사용 è 독성을 야기할 수 있으므로 함량 조절 필요

④ 첨가제: 용도에 따라 표면 조절제, 광안정제, 광증감제, 소포제, 증점제, 중합금지제 등이 첨가

40

3D 프린팅 기술적용치과용 출력물과 극복 과제

인상용 모델 (작업용 모델)

42

구분 내용

용도• 구강밖에서보철제작및적합을보기위한복제

모형

요구

성능

• 규격 : KS P ISO6873-흐름성/경화시간/경화팽창/파절/압축강도/ 미세

재현성

• 기타 : 경도/표면조도/절삭편의성/속도/경제성

출력물한계 • 경제성, 절삭편의성, 조도, 화학적안정성의문

캐스팅용 원형

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구분 내용

용도• 보철물을 gold or ceramic으로대체하기위한

주조용원형 (보철종류에따라다양)

요구성능

• 규격 : KS P 5302/5303/5305/5313/7116, ISO 15854

-균질성/순도/크기/형상/색상/연화특성/부서짐/잔

류물/유동성/유해성/가압단축률/일반적성질(외형,

색상, 냄새, 자극, 색소, 깍임)/생체적합성

• 기타 : 기존소재와의호환성/경제성/속도

출력물

한계

• 기존소재와의호환성, 연화특성, 변형, 유해성,

생체적합성, 일반적성질에대한의문

임시 치아

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구분 내용

용도• 최종보철물제작및장착전환자의심미적

요소를충족시키고적응을도모

요구성능

• 규격 : KS P 5312/KS P ISO14233

-위해성/경화시간/작업시간/경도/흡수량/변색

/미세부재현성/크기변화/

• 기타 : 위해성/기존소재와의호환성/작업성/

냄새/경제성/속도

출력물 한계• 위해성/기존소재와의호환성/작업성/냄새에대한

의문

임플란트 시술용 Template

경조직과 연조직에 대한 두 이미지를 정합한 후

환자의 구강환경을 Dental Planning SW상에서 구현

Guide Surgery System Process

45



정합된 이미지를 바탕으로 Dental Planning SW상에서

Implant의 위치를 결정

46



임플란트의 위치를 기반으로 환자의 구강환경에 알맞도록

Surgical Template 제작

47



제작된 Surgical Template를 환자에게

장착시킨 후 Guide Surgery 수행

48


49

3D 프린터를 활용한 Guide Surgery System 요구 사항

• 시술 정확도 확보를 위한 50um 이하의 출력 정밀도 필요

• Surgical Tool (Drill, Sleeve) 사용에 따른 소재의 강도 확보

• 인체에 무해한 의료용 소재 개발

• 출력 오차를 최소화 할 수 있는 간편한 후가공 프로세스 개발

투명 교정 장치용 기준 모델

Clear Aligner (투명교정 장치)구강에 Bracket 등 금속 구조물의 부착 없이 투명한 플라스틱으로 치아의 점진적

을 � 치아 교정을 � � �

[ 일반 교정 VS. 투명 교정 ]

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구분 투명 교정

심미성 심미적

재료 투명플라스틱

이동 가능 치아 수 어금니를포함한치아전체

착탈 가능 (가철식)

구강 위생 관리

제한이 없다.• 칫솔질및구강위생관리의어려움없음

• 음식물의제한없음• 주기적인장치교체로위생적

자극성 자극및상처유발없음

통증 상대적으로작다

치료 기술 습득 상대적으로쉽다

진료 시간 상대적으로짧다

교정 범위 상대적으로좁다


-. Base가 되는 석고모형을 기준으로 작업자의 수작업으로 다음 단계의 계획 및 치아 이동

-. 계획상에서 치아 이동량을 정확히 조절하기 어렵다.

-. 품질이 작업자의 skill에 좌우

기존 Analog 제작 방식

51


3D 프린터를 이용한 Digital 제작 방식

인상

3D Printing

-. 석고모형을 scan하여 Digital화 하여 전용 Program을 이용해 전체 계획을 수립

-. 계획상에서 치아 이동량을 정확히 조절할 수 있다.

-. 제작 Process를 정형화할 수 있어 품질이 일정하고 우수한 제품 가능

진공 프레스 성형

환자

치료 전 구강모형

scan 전용 교정S/W

모형 투명교정 장치

치료 계획 치아 배열

52


53

3D 프린터를 활용한 투명 교정 장치용 모델 요구 사항

• 소재와 장비 가격이 저렴해야 (대량 제작을 위해)

• 후처리가 간단한 재료와 제조 방식 필요

• 궁극적으로 투명 교정 장치 자체를 3D 프린터로 제작할 수 있어야

(교정 장치의 일정한 두께 유지 위해)

※ Drilling이 필요없는 환자 맞춤형 임플란트

• Drilling이 없으며, 잔존골 유지, Boneloss 최소화

• 임플란트 사양 선택 고민이 없어지고, Screw 풀림/ 파절의 완벽한 해결

• 골융합 유도 물질 도포로 인한 고정력 확보

초기 고정력 획득 방안, 임상적 유용성/안전성에 대한 검증 필요

CT Scan 치아 File 추출

3D Printing (Titanium, Ceramic)CAD Prep.

• Concept : 환자의 치아를 CT Scan하여 치아 형상의 맞춤형 임플란트를 미리 제조 후 삽입

• 적응증 : 발치 후 즉시 식립, 임플란트 잠재적 환자 (임플란트를 미리 제작)

54

결론

55

Digital Dentistry로의 변화는 필연적이다

➢CAD/CAM 장비로서 3D 프린터는 장점은 있으나, 생산성 경제성면에서

Milling Machine 대비 열위

➢ 3D 프린터로 제작한 치과용 출력물 별로 특징과 한계를 잘 파악하여 극

복한다면, 향후 치과용 CAD/CAM 장비로서의 전망은 밝다

65

Conventional 3D Printing

Process in Dentistry

Future Suggestion I. Data Processing.

66

Complexity for free in 3D

Printing

3D Printing 산업의국내외활용사례

67

68

3D Printing 산업의국내외활용사례

69

70

APPLICATIONS OF 3D PRINTING IN

DENTISTRY AND ORAL AND

MAXILLOFACIAL SURGERY

Medical Modelling

Drilling & Cutting Guides

for Dental Implants

Crown Copings

and Partial

Denture

Frameworks

Dental Models

for Restorative

Dentistry

Digital

Orthodontics

All CAD/CAM

systems consist of

three components:

SA digitalisation tool/scanner

that transforms geometry

into digital data that can be

processed by the computer.

P

A production technology

that transforms the data set

into the desired product.

A

Software that processes

data and, depending on the

application, produces a data

set for the product to be

fabricated.

3D Printing

Production Concept in Dentistry, depending on the location of the components

CChairside production

P

Centralised

fabrication in a

production center

L

Laboratory

Production

3D Printing

74

APPLICATIONS OF 3D PRINTING IN

DENTISTRY AND ORAL AND

MAXILLOFACIAL SURGERY

Medical Modelling

Drilling & Cutting Guides

for Dental Implants

Crown Copings

and Partial

Denture

Frameworks

Dental Models

for Restorative

Dentistry

Digital

Orthodontics

Production Concept in Dentistry, depending on the location of the components

CChairside production

P

Centralised

fabrication in a

production center

L

Laboratory

Production

3D PrintingData Processing in Dental

Clinics

Three-dimensional (3D) alterations of facial bone in the esthetic zone during the initial 8 wks following flapless tooth extraction.



A risk zone for significant bone resorption was identified in central areas, whereas proximal areas yielded only minor changes.

94

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Three-dimensional (3D) scaffolds manufacturing

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3-dimensional (3D) Bioprinting of scaffold-free

tissue engineered constructs(A) Extrusion printing of cell aggregates and schematic depiction of cell printing,3D positioning of overlaid spheroids, and self-assembly of cell spheroids into an entire tubularconstruct.

(B) Laterally positioned cell spheroids that maturate and assemble into a cell tissuering.

(C) Close microscopy view of just-printed cell spheroids

(D) self-assembled structure.

(E) 3D printed long cellular tubes andbranching vascular channels.

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Documents

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