[논문]토오크 양에 따른 세라믹 브라켓의 파절 저항성

한정흠; 장민희; 임용규; 이동렬

토오크 양에 따른 세라믹 브라켓의 파절 저항성
Fracture resistance of ceramic brackets to arch wire torsional force 원문보기

대한치과교정학회지 = Korean journal of orthodontics, v.37 no.4, 2007년, pp.293 - 304

한정흠 (고려대학교 임상치의학대학원) , 장민희 (고려대학교 임상치의학대학원) , 임용규 (고려대학교 임상치의학대학원) , 이동렬 (고려대학교 임상치의학대학원)

초록
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본 연구에서는 임상에서 쓰이는 수종의 치과교정용 세라믹 브라켓에 교정용 호선으로 토오크 적용 시 파절에 저항하는 정도를 비교하고 그 파절 양상을 관찰하였다. $022\;{\times}\;028-inch$ slot을 가진 상악 중절치 세라믹 브라켓에 $0215\;{\times}\;027-inch$ 스테인레스 강 교정용 호선에서 발생하는 설측 치근 토오크를 적용시켜 각 15개씩 7종의 브라켓을 시험하였다. 파절 시험용 장치를 제작하고 토오크 각도를 증가시키면서 만능시험기로 세라믹 브라켓이 파절되는 순간의 토오크 값을 측정하였다. 또한 세라믹 브라켓의 파절 양상을 알아보고자 토오크 값 측정 후 파절이 일어난 부위를 관찰하고 그 위치를 기록한 주사전자현미경으로 파절면을 관찰하였다. 나타난 결과를 토대로 볼 때 세라믹 브라켓의 결정구조와 제조 방법이 파절 저항성에 크게 영향을 주는 것으로 나타났다. 단결정 알루미나 (Inspire) 브라켓이 InVu를 제외한 다결정 알루미나 브라켓에 비하여 토오크에 대한 파절 저항성이 유의성 있게 크게 나타났다 (p < 0.05). Metal slot이 삽입된 브라켓은 그렇지 않은 브라켓과 토오크에 대한 저항성에서 유의한 차이를 보이지 않았다 (p >0.05). 파절 양상에 관한 관찰에서는 metal slot이 있는 다결정 알루미나 브라켓인 Clarity는 모두 절단측 slot base에서 부분적으로만 파절이 일어났고 다른 종류의 브라켓들은 다양한 부위에서 파절이 일어났다. 본 연구 결과, 실험에 사용한 모든 세라믹 브라켓에서 파절이 일어난 순간의 토오크 값과 토오크 각은 실제로 상악 중절치의 치근을 이동하는데 필요한 토오크보다 큰 것이었으므로, 실제 임상 치료 시 적절한 파절 저항을 나타낼 것으로 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to estimate the fracture resistance of commercially available ceramic brackets to torsional force exerted from arch wires and to evaluate the characteristics of bracket fracture. Methods: Lingual root torque was applied to maxillary central incisor brackets with 0.022-inch slots by means of a $022\;{\times}\;028-inch$ stainless steel arch wire. A custom designed apparatus that attached to an Instron was used to test seven types of ceramic brackets (n = 15). The torque value and torque angle at fracture were measured. In order to evaluate the characteristics of failure, fracture sites and the failure patterns of brackets were examined with a Scanning Electron Microscope. Results: Crystal structure and manufacturing process of ceramic brackets had a significant effect on fracture resistance. Monocrystalline alumina (Inspire) brackets showed significantly greater resistance to torsional force than polycrystalline alumina brackets except InVu. There was no significant difference in fracture resistance during arch wire torsional force between ceramic brackets with metal slots and those without metal slots (p > 0.05). All Clarity brackets partially fractured only at the incisal slot base and the others broke at various locations. Conclusion: The fracture resistance of all the ceramic brackets during arch wire torsion appears to be adequate for clinical use.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 임상에서 현재 사용하고 있는 치과교정용 세라믹 브라켓에 교정용 호선으로 토오크를 적용할 때 브라켓의 파절 저항성 정도를 비교하는 한편 파절 부위의 관찰을 통해 슬롯의 파절 양상을 파악하여 임상에 도움이 되는 소견을 얻고자 하였다.
본 연구에서는 브라켓 파절이 일어나는 순간의 토오크 각을 측정함으로써 파절 저항성의 정도를 비교하고자 하였다. 평균 토오크 각도가 20/40에서 10.

제안 방법

022-inch slot을 갖는 세라믹 브라켓을 각각 15개씩 시험하였다. 0.0215 X 0.027-inch 스테인레스 강 교정용 호선을 이용하여토오크를 부여하고 브라켓의 파절이 일어난 순간의토오크 값과 토오크 각을 측정하여 파절 저항성을 비교하였고, 파절이 일어난 양상을 관찰한 결과 다음의 결론을 얻었다.
0.022 slot을 가진 상악 우측 중절치 세 라믹 브라켓에 0.0215 X 0.027 스테인레스 강 (SS) 교정용 호선 (3M Unitek, Monrovia, CA, USA)을 이용하여 설 측 치근 토오크를 적용하였다.
이 순간의 최대하중을 측정하여 gm으로 표시하고 crosshead가 이동한 수직 이동거리를 측정하여 mm로표시하였다. 7개의 실험군에서 각각 15개씩 총 105 개의 브라켓을 같은 방법을 반복적으로 측정하였고, 얻어진 결과에서 다음 사항을 계산하였다.
가로 100 mm, 세로 5 mm, 두께 5 mm의 아크릴 바의 표면에 Scotchbond adhesive (3M Unitek, Monrovia, CA, USA)를 도포하고, 세라믹 브라켓에 Transbond XT (3M Unitek, Monrovia, CA, USA)을 적용하여 할로겐 광중합기 (3M ESPE, St Paul, MN, USA)로 광조사 하여 부착하였다. 부착된 세 라믹 브라켓에 20 mm 길이의 0.
만능시험기를 이용하여 브라켓의 파절이 일어나는 순간의 최대하중과 crosshead가 수직으로 이동한 거리를 측정하였다. 파절시험용 장치에 시편을 고정하고 시편 한쪽 끝을 Instron에 장착하여 crosshead가 수직 방향으로 이동함에 따라 브라켓에 토오크를 전달할 수 있게 하였다.
만능시험기에서 파절 저항성을 측정 시 파절된 세라믹 브라켓을 각 실험군에서 한 개씩 무작위로 선택하여 파절된 부위를 100배, 200배, 500배 및 1000배로 관찰하였다.
브라켓 파절 시 토오크 값의 평균값, 최소값과 최대값을 구하였다 (Table 2). 파절 시의 평균 토오크값은 20/40의 5, 048 gm .
브라켓의 파절 양상은 주사전자현미경 (Hitachi S-4700, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다. 만능시험기에서 파절 저항성을 측정 시 파절된 세라믹 브라켓을 각 실험군에서 한 개씩 무작위로 선택하여 파절된 부위를 100배, 200배, 500배 및 1000배로 관찰하였다.
실험군을 사후검정 하여 통계적으로 유의한 차이 (P < 0.05)에 따라 2개의 군으로 분류하였다. Inspire 와 InVu로 이루어진 군이 나머지 브라켓으로 이루어진 군보다 토오크 값이 유의하게 높았다 (p <0.
하였다. 이 순간의 최대하중을 측정하여 gm으로 표시하고 crosshead가 이동한 수직 이동거리를 측정하여 mm로표시하였다. 7개의 실험군에서 각각 15개씩 총 105 개의 브라켓을 같은 방법을 반복적으로 측정하였고, 얻어진 결과에서 다음 사항을 계산하였다.
절 저항성 실험 후 브라켓의 파절 부위를 분석하기 위해 먼저 각각의 파절된 브라켓을 교합면 쪽에서 파절이 일어난 군과 치경부쪽에서 파절이 일어난 군으로 분류하고, 다시 각 군에서 그 파절위치에 따라 다음과 같은 4개의 군으로 분류하였다 (Fig 2).

대상 데이터

6종의 다결정 알루미나 브라켓 중 2종(Clarity, 3M Unitek, Monrovia, CA, USA), Virage (American orthodontics, Sheboygan, WI, USA))은 metal slot。] 삽입된 세라믹 브라켓이었다 (Table 1). 7종의 브라켓을 각 15개씩 사용하여 총 105개의 브라켓을 시험하였다.
임상에서 사용 중인 7종의 0.022-inch slot을 갖는 세라믹 브라켓을 각각 15개씩 시험하였다. 0.
현재 상업적으로 만들어지고 있는 단결정 알루미나 브라켓은 Inspire 뿐이어서 본 연구에서도 한 종류만 연구에 이용하였고 나머지는 다결정 알루미나 브라켓이었다. 본 연구에 의하면 전체 7종의 브라켓 중에서 Inspire와 InVu가 토오크에 대한 파절 저항성이 가장 큰 것으로 나타났다.

데이터처리

각 실험군간의 토오크 값과 토오크 각의 차이와 상관관계를 알아보기 위해 SPSS (SPSS, Chicago, Ⅱ., USA)을 이용하여 one-way ANOVA로 95% 신뢰 구간에서 통계분석 하였고 Tukey's multiple comparison test로 사후 검정하였다.
파절 시의 토오크 값과 토오크 각에 대해 각 실험군별로 평균, 표준편차, 최소값 및 최대값을 구하였다. 각 실험군간의 토오크 값과 토오크 각의 차이와 상관관계를 알아보기 위해 SPSS (SPSS, Chicago,
성능/효과
- 1. 세라믹 브라켓의 결정구조와 제조 방법이 파절 저항성에 크게 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 2. 단결정 알루미나 (Inspire) 브라켓이 InVu를 제외한 다결정 알루미 나 브라켓에 비하여 토오크에 대한 파절 저항성이 유의하게 크게 나타났다.
- 3. 파절 양상에 관한 관찰에서 metal slot이 삽입 된 브라켓은 그렇지 않은 브라켓에 비해 토오크에 대한 저항성에서 유의한 차이를 보이지 않았다 (? > 0.05).
- 4. Metal slot이 있는 다결정 알루미나 브라켓인 Clarity는 모두 절단측 slot base에서 부분적으로 만파 절이 일어났고 다른 종류의 브라켓들은 다양한 부위에서 파절이 일어났다.
- 7종의 브라켓을 시험하였는데, 1종(Inspire, Ormco, Glendora, CA, USA) 만 단결정 알루미나 브라켓이였고, 나머지 6종은 모두 다결정 알루미나 브라켓이었다. 6종의 다결정 알루미나 브라켓 중 2종(Clarity, 3M Unitek, Monrovia, CA, USA), Virage (American orthodontics, Sheboygan, WI, USA))은 metal slot。] 삽입된 세라믹 브라켓이었다 (Table 1).
- Metal slot이 삽입된 다결정 알루미나 브라켓인 Claritys는 slot 하방에서만 파절이 일어났는데 주사전자현미경 소견에서는 metal slot과 세라믹 base 사이에 균일한 양상의 틈을 관찰할 수 있었다. Clarity 군의 SEM 사진을 특별히 강확대로 관찰하였으며 1000배 주사전자현미경 소견에서 세라믹과 slot이 분리되면서 전체적인 파절을 야기했음을 보여 준다 (Fig 5).
- 본 연구에 의하면 전체 7종의 브라켓 중에서 Inspire와 InVu가 토오크에 대한 파절 저항성이 가장 큰 것으로 나타났다. InVu는 다결정 알루미나 브라켓임에도 불구하고 단결정 알루미나 브라켓과 파절 저항성 에 차이가 없었고, 다른 다결정 알루미나 브라켓과는 유의한 차이를 보였다. 다결정 알루미나 브라켓은 제조 방법에 따라 브라켓의 파절에 영향을 줄 수 있는데, % 주사전자현미경 사진에서 보면 InVu의 경우 다결정 알루미 나 브라켓의 특징 적 인 결정구조와 상이한 양상을 보였으며 단결정 알루미나 브라켓과도 다른 모습을 보였다 (Figs 3 and 4), 37 이는 InVu가 다른 다결정 알루미나 브라켓과는 다른 결정 구조를 가지고 제조되 었음을 의미 한다.
- 05)에 따라 2개의 군으로 분류하였다. Inspire 와 InVu로 이루어진 군이 나머지 브라켓으로 이루어진 군보다 토오크 값이 유의하게 높았다 (p <0.05). Metal slot이 삽입된 다결정 알루미나 브라켓(Clarity, Virage)을 metal slot이 삽입되지 않은 브라켓과 비교했을 때 InVu에 대해서만 유의하게 낮은 값을 보였다 0 < 0.
- 이것은 metal slot을 삽입했어도 파절 저항성 에 영향을 주지 못하였음을 의미하는 것이다. Metal slote 브라켓 자체의 구조적 안정에는 기여하지만 교정용 호선의 비틀림으로 전달되는 힘에 의해 세라믹 표면에 발생하는 균열을 효과적으로 억제하지는 못한다는 것을 알 수 있었다. 또한 스테인레스 강 slot 자체가 거칠고 porous한 표면을 가질 수 있으므로 토오크의 정확한 전달을 어렵게 만든다는 보고도 있다%
- 05). Metal slot이 삽입된 다결정 알루미나 브라켓(Clarity, Virage)을 metal slot이 삽입되지 않은 브라켓과 비교했을 때 InVu에 대해서만 유의하게 낮은 값을 보였다 0 < 0.05). Table 2에 군간의 통계적 유의성을 표시하였다.
- Virage, Signature, Crystaline V 및 20/40의 주사전자현미경 소견에서 전형적인 다결정 알루미나 브라켓의 결정구조를 관찰할 수 있었으며 특별한 차이를 보이지는 않았다 (Figs 3-6). Inspire의 경우, 파절 면을 따라 같은 방향을 향하는 무늬를 관찰할 수 있었으며 다결정 알루미나 브라켓과는 다른 결정 구조를 보였다 (Fig 3).
- InVu는 다결정 알루미나 브라켓임에도 불구하고 단결정 알루미나 브라켓과 파절 저항성 에 차이가 없었고, 다른 다결정 알루미나 브라켓과는 유의한 차이를 보였다. 다결정 알루미나 브라켓은 제조 방법에 따라 브라켓의 파절에 영향을 줄 수 있는데, % 주사전자현미경 사진에서 보면 InVu의 경우 다결정 알루미 나 브라켓의 특징 적 인 결정구조와 상이한 양상을 보였으며 단결정 알루미나 브라켓과도 다른 모습을 보였다 (Figs 3 and 4), 37 이는 InVu가 다른 다결정 알루미나 브라켓과는 다른 결정 구조를 가지고 제조되 었음을 의미 한다. 또한 몰드 주입 방식 (injection-moldng)의 InVu는 다른 제조 방법의 브라켓보다 좀 더 부드러운 표면을 가질 수 있으며, 이러한 부드러운 표면을 가진 세라믹 브라켓은 거칠거나 다공성 표면을 가진 세라믹 브라켓보다 더 높은 파절 저항성을 나타낼 수 있다.
- 11, 508 gmsmm까지의 범위를 보였다. 단결정 알루미나 브라켓인 Inspire의 파절 저항성 이 가장 높았으며, 같은 그룹 내에서의 분포도 편차가 크게 나타났다. 성공적인 상악 중절치의 torsional movement를 위한 최대 모멘트가 3, 500 gm・mm29라고 한다면, 본연구에서 가장 작은 평균값(5, 048 grn-mmX 보인 20/40보다도 작다고 할 수 있다.
- 이 값은 20/40의 파절을 일으키는 최소값인 3, 595 gm, mm보다도 작아서 이번 연구에 사용된 세라믹 브라켓은 임상적인 상악중절치의 torsional moment 시 에 파절이 발생하기 어렵다고 할 수 있다. 본 연구 결과 대부분의 브라켓에서 5,000 gm-mm 이하의 토오크 값에서는 파절이 일어나지 않음을 알 수 있었다.
- 따라서 교정용 호선에 토오크를 적용할 때 세라믹 브라켓의 파절을 막기 위해서는 과도한 호선의 torsional rotatione 피해야 하며 실제 임상에서는 파절을 피하기 위해 10° 미만의 토오크 각도를 점차적으로 부여해야 한다. 본 연구 결과 토오크 각도에서 Inspire와 InVu 사이에서는 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았고 (p > 0.05), 이 두 브라켓은 나머지 브라켓들과 유의한 차이를 보였다 (p < 0.05). 파절을 일으키는 토오크 각도에 관해 브라켓 간의 통계적으로 유의한 차이를 Table 3에 표시하였다.
- 본 연구 결과, 실험에 사용한 세라믹 브라켓에서파절이 일어난 순간의 토오크 값과 토오크 각은 실제로 상악 중절치의 치 근을 이 동하는데 필요한 토오크보다 크기 때문에 과도한 힘과 각도가 적용되지 않는다면 충분히 실제 임상에서 파절을 일으키지 않을 것으로 보인다.
- 본 연구 결과에 의하면 세라믹 브라켓 파절 시의 평균 토오크 값은 20/40의 5, 048 gm・mm에서 Inspire 의 11, 508 gmsmm까지의 범위를 보였다. 단결정 알루미나 브라켓인 Inspire의 파절 저항성 이 가장 높았으며, 같은 그룹 내에서의 분포도 편차가 크게 나타났다.
- 본 연구에 의하면 전체 7종의 브라켓 중에서 Inspire와 InVu가 토오크에 대한 파절 저항성이 가장 큰 것으로 나타났다. InVu는 다결정 알루미나 브라켓임에도 불구하고 단결정 알루미나 브라켓과 파절 저항성 에 차이가 없었고, 다른 다결정 알루미나 브라켓과는 유의한 차이를 보였다.
- 또한 교정용 호선이 브라켓 속으로 십■입되면 tie-whig에는 인장력이 가해지고 이러한 인장력이 가해진 브라켓에 교정용 호선에 의한 토오크를 적용하게 되면 압력이 가해지고 그로 인해 파절이 야기된다고 하였다. 브라켓 tie-wing 부위에서 주로 파절이 발생할 것이라는 예상과는 달리 본 연구에서는 전체 105개 브라켓 중에서 tie-wing 부위의 파절은 46.7% (49/105) 이 었고 slot base 부위의 파절은 53.2% (56/105)로 유사한 결과가 나왔다. Clarity는 모든 브라켓에서 오직 slot base에서만 파절이 일어났고, 다른 종류의 브라켓에서는 다양한 위치에서 파절이 일어났다.
- mm까지의 범위를 보였다. 실험 시 파절이 일어난 순간 가장 작은 토오크 값을 보인 실험군은 20/40의 3, 595 gm・mm이었고, 가장 큰 값을 보인 실험군은 Inspire의 16, 395 gm・mm였다. Clarity가 가장 작은 표준편차(600.
- InVu의 경우 파절 위치가 다양하게 나타났으며, Clarity는 모든 브라켓이 절단면 부위의 slot base에서 부분적으로 만파 절이 나타났다. 전체 파절 중에서 치경부 부위의 파절은 56.2% (59/105)였고, 절단면 부위의 파절은 43.8% (46/105)로 나타났다. Tie-wing 부위의 파절은 46.
- 모든 브라켓에서 절단면 부위의 tie-wing에서는 파절이 일어나지 않았다. 절단면 부위에서는 InVu만 전체적인 slot base의 파절을 보였으며, 다른 모든 브라켓에서는 부분적인 slot base 파절이 일어났다. InVu의 경우 파절 위치가 다양하게 나타났으며, Clarity는 모든 브라켓이 절단면 부위의 slot base에서 부분적으로 만파 절이 나타났다.
- 통계 분석 결과 Inspire와 InVu는 다른 종류의 브라켓과 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p < 0.05). 각 군 간 차이의 통계적 유의성을 Table 3에 나타내었다.
- 세라믹 브라켓에서도 플라스틱 브라켓과 마찬가지로 metal slot의 삽"입이 파절 저항성에 영향을 줄 것이라 예상할 수 있다. 하지만 본 연구에서 다결정 알루미나 브라켓 중 metal slot이 삽입된 브라켓(Clarity, Virage)은 그렇지 않은 브라켓에 비해 InVu를 제외하고는 유의한 차이를 보이지 않았다. 이것은 metal slot을 삽입했어도 파절 저항성 에 영향을 주지 못하였음을 의미하는 것이다.
후속연구
- 방법은 없다. 그러나 이번 실험을 통해 확인한 바처럼 일반적인 세라믹 브라켓의 파절 저항성은 치근 이동을 위해 필요한 토오크 값에 비해 현저히 높기 때문에 각형 호선을 브라켓 슬롯에 삽입할 때 조금만 주의한다면 임상적으로는 별 문제 없이 사용할 수 있을 것이라 생각한다.
- 두 가지 다른 양상의 힘을 비교할 수 있는 기법이 개발되어야 하겠으며 현재까지는 연구마다 제각각인 시편 제작법 및 실험 방법의 표준화가 필요하다. 또한 브라켓 슬롯 디자인에 대한 심도 있는 분석을 통해 파절에 영향을 미치는 기하학적 요소에 대한 연구도 필요하다.
- 한편 본 연구의 한계점으로는 각형 호선에 토오크를 부여했을 때 브라켓 슬롯의 파절이 발생하기 전에 브라켓이 치면에서 탈락하는 경우를 고려하지 못한 점과 시편 제작의 객관성 문제를 생각할 수 있다. 토오크에 대한 브라켓의 파절 저항성은 모멘트 단위로 기록되며, 치면에 부착된 브라켓의 결합 강도는 힘의 단위로 측정하기 때문에 각각의 힘의 크기를 단순하게 비 교할 수가 없다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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