CAD/CAM으로 제작하는 치과 도재 수복물의 최신 경향

허 중 보_ 부산대학교 치의학연구소 소장/교수

1. 서 론

금속 없이 도재로만 제작한 수복 물을 통칭하여 치과에서는 전부 도재 수복물이라 한다. 전부 도재 수복물은 빛의 투과나 반사가 자연스러워 모든 종류의 인공 수복물 중 심미적 기능 회복이 가장 우수하다. 또한 생물학적으로 주위 조직과의 친화성 및 적합성이 우수하고 흡수성이 없어 착색 및 변색이 되지 않는 장점이 있다. 즉, 도재의 화학적 내구성은 구강 내에서 위해한 물질을 유출시키지 않으며, 표면의 매끄러움은 치태 침착에 대한 저항성을 오래 유지하게 한다. 도재의 높은 경도는 대합 되는 자연치나 다른 수복 재료를 마모시킬 위험성이 있으나 수복물 자체의 마모저항성에 기여하는 장점도 있다.
치과에서 사용되는 세라믹은 대부분 실리콘을 기반으로 하고 있고 silica 또는 다양한 silicates의 형태를 갖는다. silicates는 기본 단위인 Si tetrahed-rons로 구성되어있다. 치과수복치료에서 전부 도재관이 많이 사용되고 있고 대다수의 이러한 수복물은 전통적인 주조 방법과 CAD/CAM을 이용하여 제작될 수 있다. 전통적 세라믹 제작 방법은 시간이 소요되고 기술 민감도가 높고 많은 다양한 요건들로 인해 예측하기가 힘들어 CAD/CAM이 치과의사나 기공사들에게 좋은 대안이 될 수 있다. CAD/CAM은 In ceram 같은 고강도 세라믹의 제작 시간을 약 90%까지 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 기성품으로 제작된 블록은 거의 결점을 가지지 않은 균일한 성질을 가지고 있고 다른 수복물과 비교했을 때 CAD/CAM 수복물이 좀 더 우수하다. CAD/CAM 기술에서의 발달은 연구에서 중요하고(또는 기계의존적이고) 전통적인 주조 방법으로는 실용적으로 제작할 수 없었던 안정화된 zirconium dioxide와 같은 고강도 다결정 도재의 발전에서 중요하다.
이에 본고에서는 CAD/CAM을 이용한 치과용 전부도재관 제작에 있어 최근에 보편적으로 사용되고 있는 세라믹 재료를 소개해 보고자 한다.

2. 장석 유리 도재

유리질은 원자 배열이 규칙적이지 않은 무정형으로 주로 장석(feldspar: aluminosilicates)에서 유래하였으며 실리카(silica: silicone oxide)와 알루미나(alumina: aluminum oxide)가 그 근간을 이루고 있다. 이 장석계의 유리질은 소성 시 결정화(devitrification)에 저항하며 광범위한 소성 온도 범위를 가진다. 치아의 법랑질과 상아질의 광학적 특성을 재현하려면 이런 유리질의 함유가 많은 도재를 사용하는 것이 유리하다(그림 1). 굴곡강도가 60~70Mpa 정도로 금속도재관이나 전부 도재관의 veneer로 사용한다.

2.1 CAD/CAM에 사용되는 장석계 도재
처음 CAD/CAM으로 만든 인레이는 fine grain feldspathic ceramic으로 구성된 세라믹 블록(VitaTM Mark I, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Germany)을 사용하여 1985년에 제작되었다[1]. 이러한 재료를 이용하여 치료한 인레이와 온레이(그림 2)의 임상적인 성공은 10년 전향적 연구에서 90.4%였다[2]. 그러나 2년 후 약 36%까지 높은 파절률이 보고되어, 강도에 대한 의문이 증대 되었다.
VitaTM Mark II(Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Germany) 는 1991년 CEREC(CerecTM 1 – Siemens GmbH, Bensheim, Germany)을 위해 특별히 제작되었고 글레이징 시 100~160MPa정도의 굴곡강도를 보이며 Mark I보다는 좀 더 기계적 강도가 좋았다[4]. Vita Mark II블록은 전통적인 장석계 도재와 유사한 재료로 이루어져 있으나, extrusion moulding이라는 다른 과정을 통해 생산되었다. 소성된 도재 혼합물은 압축되고 형태를 만들기 위해 노즐을 통해 압출 성형하였고, 소결 전에 며칠 동안 건조하였다. Vita Mark II의 임상적인 연구에서 5년 후 생존율이 94.7%, 8년 후 성공률 90.6%, 10년 후 성공률이 85.7~89%였다[5]. Cerec 3(Sirona Dental Systems, Bensheim, Germany) 를 이용하여 Vita Mark II 블록을 가공한 하악 크라운 시편의 in vitro 연구에서는 marginal gap이 53~67㎛정도로 상당한 정밀도를 보였다[6].
Vita Mark II은 단색으로 구성되나, 새로 나온 VitablocsTM, TriLuxeTM, Triluxe ForteTM, RealLifeTM 블록(Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Germany)은 다양한 색조 층을 가지고 색상과 투명도의 다양성을 제공한다.
CerecTM Blocs(Sirona Dental Systems, Bensheim, Germany)는 Vita Mark II와 구조적으로 유사하나 심미적으로 다양한 색상을 가능하게 한다. 전통적인 치과용 도재는 장석(KAlSi3O8)에 기초를 두고 있고 tectosilicate mineral feldspar, 석영(SiO2), 카올린(Al2O2 2SiO2 2H2O)으로 구성되어 있다. 이들 장석계 도재는 심미적으로 뛰어나고 veneer 나 인레이/온레이 또는 단일 전치부, 단일 구치부 크라운 제작에 사용되는 것이 추천된다. 소구치에 사용되었을 때 파절하중이 자연치와 유사했음에도 불구하고, 하중을 견디는 구치부에는 충분한 강도를 가지지 않았다. 장석계 도재는 샌드블라스팅(50μm Al2O3) 후 불산 에칭과 실란 커플링제를 사용하여 도재와 레진 접착제간의 화학적 결합을 만들 수 있다[8].
2.2. 입자 강화 유리질 도재를 이용한  CAD/CAM
       전부 도재 수복물
기본적인 유리질에 입자(filler)를 넣어 기계적 강도를 증가시키거나 광학적 특성을 변화시킬 수 있다. 입자들은 통상 결정 구조를 가지고 있으며, 적절한 강도를 부여하기 위해 이 입자를 첨가하거나 유리질 내에서 성장하게 하는 방법을 통해 전체 유리질 내에 고루 분포하게 할 수 있어 분산강화(dispersion strengthening)시킬 수 있다(그림 4). 치과용 도재에 흔히 사용되는 입자로는 백류석이나 lithium disilicate 또는 알루미나 분말 등이 있다.
ProCADTM(Ivoclar-Vivadent, Liechtenstein)는 CEREC inLAB(Sirona Dental Systems, Bensheim, Germany)과 사용하기 위해 1998년 소개되었다. 이는 백류석 강화형 도재로서 열 가압 도재인 EmpressTM(Ivoclar-Vivadent)와 구조적으로 유사하다. 변연간극, 내면적합, 그리고 파괴하중 또한 in vitro 연구에서 Empress와 견줄만하다[10]. 1-4년 간 관찰한 임상연구에서 2년 후 생존율 100%로 파절이 없는 것으로 보고되었고[11]. 대구치 완전도재 부분피개보철물에 관한 5년 임상 split-mouth 조사의 중간평가에 따르면 3년 후 생존율은 97%였다[12]. EmpressTM ProCAD에 이어 EmpressTM CAD(Ivoclar-Vivadent)가 2006년에 소개되었다. 주된 차이점은 제조과정의 최적화에 있으며 약 45%의 백류석으로 이루어져 있는데, 이는 약 1-5μm의 더 고운 입자 크기를 가짐으로써 기계적 파손에 대해 저항할 수 있게 하였다[13]. 이는 진료실에서의 단일 수복물을 위해 개발되었으며 약 160Mpa의 굴곡강도를 가진다. 임상적으로 단일 치아 수복물에 권장되며 High Translucency(Empress CAD HT), Low Translucency(Empress CAD LT), 그리고 다색(Empress CAD Multi)의 블록을 사용할 수 있다. 절삭된 수복물은 다음 단계에서 착색 및 광택소성 할 수 있다.
Lithium disilicate, Li2SiO5는 350MPa에서 450MPa의 굴곡강도를 가지는 유리 도재이다. 이는 백류석 강화 치과용 도재의 굴곡강도보다 높다. lithium disilicate CAD/CAM 도재 IPS e.max CAD(Ivoclar-Vivadent)는 2006년 소개된 진료실에서의 단일 수복 재료이다. 블록은 유리산업에서 쓰이는 가압주조과정에 기반한 과정으로 제조되며, 다양한 색조뿐 아니라 반투명을 이용 가능하며, blue state라고 불리는 결정화전 상태로 임상에 공급된다. 푸른 도재(blue ceramic)는 metasilicate와 lithium disilicate 핵을 포함하고 130 ± 30MPa의 굴곡강도를 보인다. 이 단계에서 블록은 쉽게 절삭 가능하고, 수복물 형태로 절삭 후 850℃의 진료실 도재 오븐 내에서 진공 상태로 20-25분 간 재결정화 과정을 거치게 된다. 이러한 열처리 과정 동안 metasilicate는 분해되고 lithium disilicate는 결정화되어 도재는 동시에 광택 소성 된다. 블록은 또한 푸른색에서 선택된 색조 및 반투명도로 변하게 된다. 이 단계에서 도재의 강도는 360MPa까지 급격하게 증가한다[14].
실험실 연구에 따르면 완전 해부학적 e.max CAD 크라운은 반복하중에서의 피로에 저항할 수 있고 파괴하중은 ProCAD와 Empress CAD의 그것보다 유의하게 높다[15]. 이 재료는 인레이, 온레이, 비니어, 전치부 및 구치부 크라운, 임플란트 크라운을 제작용으로 추천되고 있다(그림 5). 이 소재도 장석계 도재이므로, 불산 부식 후의 실란 처리는 치아에 접착 시 레진 시멘트와 도재간의 미세인장강도를 증가시키는 것으로 보고되고 있다[16].