치과용 CAD/CAM 시스템을 위한 하이브리드 세라믹

김 원 호_ ㈜베리콤 기술연구소 수석연구원

오 명 환_ ㈜베리콤 기술연구소 소장

1. 서 론

치과에서는 치아 손상 또는 결손이 발생한 환자에게 치아 대체 치료인 치아수복 또는 보철시술을 통해, 저작기능회복과 심미치료까지 실시하고 있다. 치아수복은 시술방법에 따라 직접 수복식과 간접 수복식으로 크게 나눌 수 있다. 직접수복은 구강 내 작은 부위를 치료하며, 환자의 안전을 위해 화학경화와 광경화 방식만을 사용하고 있다. 반면 간접 수복식은 구강 외에서 치과보철물을 제작하기 때문에 다양한 재료와 시술방식을 적용할 수 있다.
간접수복시술에 사용되는 보철재료는 치아의 우식이나 파절 등으로 인해 발생된 치아 파손부위나 치관 전체를 수복하거나 동요치를 고정시키는 일반적인 치과시술 이외에도, 치아교정이나 심미치과치료 등 매우 넓은 범위에 걸쳐 사용되고 있는 핵심적인 치과재료 중 하나이다.
치과보철물은 대개 삭제된 치아 구조물의 대체물로서 고객 맞춤형 재료로 제작되어 사용된다. 일반적인 치과보철물은 수복재, 보충재, 인레이(inlay), 온레이(onlay), 이장재(veneer), 전체 및 부분 크라운(crown), 브릿지(bridge), 임플란트(implant), 포스트(post) 등이 있다(그림1). 보통, 보철물은 전문적인 지식을 가진 치과의사가 수작업으로 직접 제작하거나, 보통은 숙달된 전문 기공사에게 의뢰하여 제작된다.
전통적인 치과용 보철물 제작 절차에서는 환자가 최소 2번의 치과방문을 해야 한다. 처음 방문 시, 고무성질의 제품으로 치아와 치열에 대해서 인상(impression)을 취한다. 그 후 금속, 세라믹 또는 복합재료 등으로 보철물을 제작하고, 제작 완료 후 환자의 구강 상태에 맞추어 시술하게 된다. 이러한 치과용 보철물은 제작 기간이 1일 내지 2일 이상이고, 기공사가 수작업에 의해 제작하므로 고도의 기술 및 기교가 요구되는 노동집약적 제품이라 할 수 있다.
최근 기술의 발달로 컴퓨터 자동화 장비인 광학, 디지털화 장치, 기계적 밀링 기기 및 CAD/CAM 등의 등장으로 치과보철물 제작에 있어, 기공사의 수작업 영역과 제작 기간이 현저히 줄어들고 있다. 이러한 컴퓨터 자동화 장비는 종래의 수작업 방법보다 빠른 속도 및 적은 노동량으로 필요한 가공소재를 비교적 정확한 형상 및 형태로 절단, 밀링 및 분쇄함으로써 치과보철물을 제작한다. CAD/CAM 장치를 이용하는 치과보철물의 제조는 전형적으로 “밀 블랭크(mill blank)”, 즉, 보철이 절단 또는 조각되기 위한 고체 블록을 사용한다. 밀 블랭크는 전형적으로 세라믹 소재로 제조된다. 그 예로, 지르코니아, 장석(feldspathic), 백류석[leucite]강화 글라스 세라믹, 리튬 디실리케이트(lithium disilicate) 글라스 세라믹 등과 같이 다양한 세라믹소재가 개발되어 사용되고 있다. 하지만 각 세라믹소재는 강도, 기계가공성, 최종열처리 특성이 다르기 때문에 이러한 특성에 맞게 보철물을 제작하게 된다. 가령, 글라스 세라믹 소재는 지르코니아 소재와 비교 시, 전반적으로 낮은 물성으로 인해 단일크라운에 국한되어 사용되지만, 가공시간은 상대적으로 짧으며, chair-side에서의 제작이 가능한 소재이다. 반면, 지르코니아 소재는 높은 파절강도를 가지고 있어 multi-unit 보철물의 제작이 가능하지만 장시간의 소결과정을 거쳐야 하므로, 보통 기공소에 의뢰하여 보철물을 제작한다.
오늘날, 치과보철물을 이용한 간접심미수복은 ‘One-day’보철이라는 사회적 요구에 맞추어 발전하였으며, 이에 호응하여 보철 제작은 기존의 아날로그 방식이 아닌 디지털화 방식에 의한, 보다 경제적이고, 보다 빠르며, 보다 심미적인 소재로의 전환이 꾸준히 요구되고 있다. 이러한 요구에 발맞춰 개발된 소재가 치과용 하이브리드 세라믹(dental hybrid ceramic)이다. 하이브리드 세라믹은 세라믹소재와 고분자소재가 적절한 비율과 높은 중합전환율이 가능한 팩토리중합(factory polymerization)에 의해 제조되기 때문에 각 소재가 가지는 장점을 동시에 가지게 된다. 기존에 고분자소재가 갖지 못하는 우수한 강도, 변색저항성, 심미성과 세라믹소재가 갖지 못하는 우수한 내구성, 마모저항성 등을 가지게 된다. 최근 기공소 뿐만 아니라 치과에서도, 하이브리드 세라믹을 이용하여 신속한 1대1 CAD/CAM 밀링 후 소결작업 없이, 단순한 폴리싱만으로 손쉽게 보철물을 제작하고 있다. 또한, 구강 내/외에서 광중합형 직접 수복재을 이용하여 repair 및 add-on도 가능하다. 따라서, 본지에서는 현재 치과의사15%이상이 직접 사용하고 있는CAD/CAM[2]의 hot material인 하이브리드 세라믹 소재에 대해 세라믹소재와 비교하여 소개하고, 세라믹영역과 고분자영역의 구분 없는 다자간학계의 연구의 중요성을 함께 생각하고자 한다. 참고로, 본지의 저자는 세라믹분야의 용어에 대해 이해도가 낮아 본 지내에 사용되는 용어의 미숙함을 이해해 주길 바란다.