첨단기술의 융복합 ‘투명교정’과 4차산업혁명

1950년대 먹고 사는 문제가 1960~1980년 경제발전으로 해결되며 삶의 질에 점점 더 관심을 가지기 시작했다. 필자를 포함한 1980~1990년 세대들은 어린 시절에 주변 친구들이 교정하는 것을 보았거나 본인이 직접 치아교정 시술을 받은 기억이 있을 것이다. 시술받은 당사자가 겪는 불편함과 고통 또한 지켜보았을 것이며 심미적 거부감 또한 받았을 것이다.

그러한 불편함에도 심미적 그리고 치열에 의한 부정교합 등 건강상의 문제 해결을 위해 고통과 불편을 감수하고 많은 사람이 받는 시술이었다. 이같은 고통과 불편함을 줄인 (최근 들어서 우리에게 알려지기 시작한) 투명교정에 대해 알아보자.

우선 우리가 일반적으로 알고 있는 보철 교정은 흔히 보철이라고 이야기하는 브라켓(Bracket), 그리고 철사로 알려진 교정호선(Orthodontic Archwire)을 사용하는 교정 방법이다. 위 방법은 치아의 표면에 브라켓을 접착제를 통해 부착하고 교정호선을 이용해 치아에 장력을 걸어주게 된다.

부의 상징이었던 치아교정장치

이럴 때 치주 부분에 고통을 일으키는 정도의 응력이 작용해서 환자는 섭식과 일상생활에 불편함을 느끼게 되며 보철이 구강 내부에 상처를 일으키거나 음식 찌꺼기가 끼게 만들어 충치나 기타 구강 내부의 염증을 일으키게 된다.

이같은 문제를 해결하기 위해 브라켓을 입 안쪽 설(혀)측으로 이동시켜 장착하는 설측 교정방식이나 금속재질의 브라켓을 투명 고분자 소재 또는 세라믹 종류를 사용해 심미성을 높이려는 노력이 존재해 왔다.

그러나 이러한 교정법들이 심미적인 문제는 어느 정도 해결했다고는 보이나 근본적인 교정 방식에서 생기는 환자의 고통을 유발하는 과한 응력을 해결하지는 못했고 여전히 환자는 고통을 감내해야 했다.

이러한 종합적인 문제를 해결할 수 있는 교정 방법은 열 변형이 가능한 투명한 플라스틱을 이용한 투명교정 방법이다. 역사적으로는 1945년 케슬링(Kesling)이 치아 이동의 가능성에 대해 최초 가능성을 확인했고, 1971년 포인츠(Ponitz)가 지금과 비슷한 형식의 얇은 투명교정장치를 제작하기 시작했다.

초기 1980년대 투명교정 방식의 경우 스플린트 제작을 위한 기초를 석고로 얻은 다음 톱질(Sawing)로 석고상의 치아를 재배열하는 방식을 사용했다. 이는 시술 과정의 번거로움과 결과물의 정밀도가 떨어지며 이러한 복잡한 제작 과정은 시술 단가의 상승을 초래했다.

IT 기술의 발달로 3D 프린터가 출시되고 이는 스플린트 제조 공정의 간소화 및 장치의 정밀도를 대폭 향상할 수 있게 됐다. 기존 투명교정의 경우 매번 치아의 본을 떠서 수작업을 진행해 교정된 고상에 투명한 플라스틱을 열융착을 시킴으로써 교정장치를 획득하는 방식이었다.

하지만 이제는 3D 프린팅 기술을 사용해 기존의 치아 석고상을 프린팅할 수 있게 됐고 이는 교정 초기 단 한 번의 치아 정보를 스캐닝으로 치아 배열 정보를 획득할 수 있다. 이 정보를 3D 소프트웨어로 치아를 이동시킴으로써 복잡한 수작업을 통한 석고 모형 제작 그리고 단계마다 해야 했던 치아 본을 뜨는 작업을 생략할 수 있게 됐다.

그리고 발달한 고분자 기술 즉 고성능 플라스틱 기술로 브라켓 교정과 비교해 훨씬 안정적이고 지속적인 교정력을 발휘하는 투명 플라스틱 교정장치를 만들 수 있게 됐다. 기존 2년 내외의 긴 교정 기간을 6개월에서 1년 정도의 기간으로 획기적이게 줄였다. 게다가 투명교정장치는 환자 자신의 의지로 자유로운 탈부착이 가능하다. 따라서 기존 교정의 단점이었던 심미성, 신체적 고통, 관리의 용이성 모두를 확보할 수 있게 됐다.

사진=투명교정장치 인비절라인 G6

기술적 우위를 가지는 투명교정 방식이 기존의 브라켓 교정 시장을 대체해 나가고 있으며 Robert W. Baird & Co.의 보고서 (2014)에 따르면 세계 치과 시장규모는 총 16조달러 규모이며 그 중 치아교정 시장은 1조4000억달러 규모를 형성하고 있다.

또한, PUNE, India의 Global Invisible Braces Market: Trends, Opportunities and Forecasts (October 21, 2016)에서 전 세계 투명교정 시장은 2016년부터 2021년까지 연평균 12.16%씩 성장할 것이라고 예상한다. 이러한 치과 시장 규모 중 가장 높은 비중을 차지하는 시장은 미국 시장이며 전 세계 시장의 70%를 차지한다.

그렇다면 이러한 갑작스러운 투명교정 시장이 발달하게 된 이유는 무엇일까. 필자는 투명교정 산업을 Industrial 4.0 즉 4차산업혁명과 연관 지어 보려고 한다. 분명 투명교정법이 세상에 등장한 지는 수십 년이 넘었었는데 갑작스럽게 성장을 하게 된 이유에 대해 생각해보면 앞서 말한 것과 같이 단지 3D 프린터의 발달 때문에 이러한 현상이 일어난 것이 아니라고 필자는 생각한다. 분명 3D 프린팅이 큰 요인이 된 것도 있지만 세계의 투명교정 선두 업체들을 보면 기존의 교정과는 다르게 시술 과정 자체가 프로그램화가 됐다.

예를 들어 인도의 한 치과에서 환자 교정을 위해 구강 정보를 스캔한다. 그 정보는 고스란히 미국 본사로 전송돼 데이터 센터를 거쳐 치기공사들이 3D 프로그램을 이용해 환자 치열을 재배열하게 되며 최종 교정 완료 시점까지 한 번에 정보를 만들고 교정 시기별로 교정장치를 환자에게 제공한다. 과거 100% 수작업이었던 생산 방식이 자동생산방식을 통해 생산된다. 이는 생산 단가 및 생산성이 개선되고 많은 환자에게 즉각적인 피드백을 가능하게 하며 모든 과정은 시스템화됐다.

투명교정은 3D 프린터뿐만 아니라 고분자 소재 기술의 발달과 IT 기술을 통한 Industrial 4.0을 통해 우리들의 실생활에 구현된 기술이다. 이렇듯 우리 삶의 발달은 어느 하나의 기술이 아닌 융복합된 기술의 상호작용으로 나타난다. 필자는 앞으로 우리의 삶에 어떠한 기술들이 영향을 주고 바뀌어 나가게 될 것인지 기대를 하고 글을 마무리한다.

김훈

서울대 박사과정 수료 연구원
서울대 농업생명과학대학 산림과학부 환경재료과학 전공·나노-고분자 복합재료 및 접착 전공
서울대 김현중 교수 연구팀, Lab. of Adhesion & Bio-Composites
c12o2cl4@nate.com