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문제 정의
- 그러나 파절 강도측정 결과, Spirit MB 브라켓보다 Alice 브라켓의 파절 강도가 높게 측정되어, 두 브라켓 구성 성분보다는 브라켓의 디자인이 두 브라켓 간 파절 강도 차이에 더 많이 기여했을 것으로 생각되었다. 그러나 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓 모두 슬롯이 0.018" 크기의 스테인레스 스틸 금속으로 이루어져 있으며 표준 에지와이즈 트윈 브라켓으로, 브라켓 윙의 크기를 제외하고는 디자인이 유사하여 두 브라켓 간 윙의 크기 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 파절 강도 측정에 사용하지 않은 각각의 브라켓에 대하여 근심 교합면측 윙의 크기를 측정한 결과 근원 심 폭은 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓이 각각 1.
- 본 연구는 최근 개발된 국산 폴리카보네이트 브라켓 윙의 파절 강도를 이미 임상에서 유용하게 사용하고 있는 브라켓의 파절 강도와 비교함으로써 새 브라켓의 임상적 유용성을 평가하고자 시행되었다.
- 대신 오늘날 생산되는 폴리카보네이트 브라켓은 스테인레스 스틸 슬롯의 보강으로 아치 와이 어에 의한 torquing force에 대해 금속 브라켓에 견줄만한 저항력을 갖고 있어” 아치와이어에 의한 슬롯의 변형보다는 브라켓 윙 자체의 파절에 더 관심이 기울어져 있다. 이에 본 연구에서는 최근 개발된 한 국산 브라켓의 윙의 파절 강도를 측정하고 이를 이미 임상에서 유용하게 사용하고 있는 폴리카보네이트 브라켓의 파절 강도와 비교함으로써 임상적 사용가능성을 평가하고자 시행되었다.
제안 방법
- E-345, Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, USA) 와이어를 이용하여 브라켓을 브라켓 지그에 결찰 고정한 후 이를 다시지그 홀더를 이용하여 만능시험기에 고정시켰다. 0.009° 결찰용 와이어 (Order No. E-122, RMO, Denver, CO, USA)를 브라켓의 근심교합면측 윙 아래에 위치시킨 후 1.0 mm/min의 cross-head speed 로브 라켓 베이스에 수직방향의 힘을 가하여 윙을 파절시키고 파절되는 순간의 최고하중을 각 브라켓의 파절 강도로 측정하였다 (Fig 1).
- 만능시험기에 브라켓을 고정하기 위하여, 브라켓 베이스를고정시키는 브라켓 지그와 이를 만능시험기에 고정하는 지그 홀더를 선반 가공으로 제작하였다. 0.017 X 0.025 Elgiloy (Order No. E-345, Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, USA) 와이어를 이용하여 브라켓을 브라켓 지그에 결찰 고정한 후 이를 다시지그 홀더를 이용하여 만능시험기에 고정시켰다. 0.
- Alice 브라켓 60개와 Spirit MB 브라켓 60개를 각각 30개씩 총 4군으로 나누어, Alice 브라켓 한 군과 Spirit MB 브라켓 한 군은 상온에서 방치하고 나머지 Alice 브라켓 군과 Spirit MB 브라켓 군은 5 ℃ 와 55℃에서 2,000회의 열변환 처리한 다음 만능시험기를 이용하여 브라켓 윙의 파절 강도를 각 군별로 측정하고 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 또한 파절 강도 측정에 사용하지 않은 브라켓을 하나씩 사용하여 주사전자현미경을 이용한 field emission scanning electron energy dispersive X-ray (FE-SEM/EDX)를 이용하여 성분분석을 시행하였다.
- 만능시험기에 브라켓을 고정하기 위하여, 브라켓 베이스를고정시키는 브라켓 지그와 이를 만능시험기에 고정하는 지그 홀더를 선반 가공으로 제작하였다. 0.
- 브라켓의 외형 관찰을 위하여 실험에 사용하지 않은 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓을 하나씩 사용하여 자(Mitutoyo, Kawasaki, Japan)와 힘께 브라켓의 전면과 측면을 105 mm 마이크로 렌즈(AF Micro Nikkor 105 mm, Nikon, Tokyo, Japan)가 부착된 디지털 카메라{FinePix SI Pro, Fiyifilm, Tokyo, Japan) 로촬영하였다. 얻어진 영상을 JPEG 파일로 제작하고 이 를 image analyzer (Image Pro Plus, Media Cybernetics, Silver Spring, MD, USA)에 입력하였다.
- 얻어진 영상을 JPEG 파일로 제작하고 이 를 image analyzer (Image Pro Plus, Media Cybernetics, Silver Spring, MD, USA)에 입력하였다. 사진촬영 시 브라켓 하방에 나타난 자의 눈금을 이용하여 크기를 보정 한 후 전면과 측면에서의 브라켓 윙의 크기를 측정하였다.
- 실제로 브라켓이 구강 내에 부착되면 타액 등에 의해 수분이 접촉되고 음식물이나 음료에 의해 온도변화가 나타나므로 보다 임상적이고 실제적인 비교를 위하여 본 연구에서는 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓을 그대로 파절 강도 측정에 사용하였을 뿐 아니 라손과 황I의 방법에 따라 5C 와 55 ℃ 에서 총 2, 000회열변환 시킨 상태에서도 각각의 파절 강도를 측정하고 비교하였다.
- 실험군과 대조군의 브라켓 중 30개는 상온에서 실험한 반면 나머지 30개는 열 순환기 (MT-95, Motor- tronics, Clearwater, FL, USA)를 사용하여 5 ℃ 와 55 ℃ 의 증류수에 계류시간 15초, 공기 중 계류시간 15초의 조건으로 분당 1회씩 총 2,000회 순환하도록 열변환 처리한 후 실험에 사용하였다.
- 얻어진 영상을 JPEG 파일로 제작하고 이 를 image analyzer (Image Pro Plus, Media Cybernetics, Silver Spring, MD, USA)에 입력하였다. 사진촬영 시 브라켓 하방에 나타난 자의 눈금을 이용하여 크기를 보정 한 후 전면과 측면에서의 브라켓 윙의 크기를 측정하였다.
- 파절 강도 측정 을 위하여 만능시험 기 (Instron 4302, Instron, Canton, MA, USA)를 사용하였다. 만능시험기에 브라켓을 고정하기 위하여, 브라켓 베이스를고정시키는 브라켓 지그와 이를 만능시험기에 고정하는 지그 홀더를 선반 가공으로 제작하였다.
- 파절 강도는 여러가지 요인에 의하여 결정될 수 있기 때문에 본 연구에서 얻어진 결과에 대한 해석을 위하여 파절 강도 기여요인에 대한 평가를 추가적으로 시행하였다.
- 파절 강도의 비교 및 분석을 위하여 브라켓의 외형과 파절면을 관찰하는 한편 성분분석을 시행하였다.
- 파절면의 관찰을 위하여 파절 강도 측정 에 사용된 브라켓을 상온에서 방치한 Alice 브라켓, 열변환 처리 한 Alice 브라켓, 상온에서 방치한 Spirit MB 브라켓 및 열변환 처리한 Spirit MB 브라켓의 각각의 경우에서 무작위로 한 개씩 골라 파절 부위를 주사전자현미경 (XL30S, Philips, Eindhoven, Netherlands)으로 관찰하였다.
대상 데이터
- 각각 사용하였다. Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓 모두 슬롯이 스테인레스 스틸 금속으로 이루어져 있으며 실험에 사용된 브라켓은 양군 모두 0.018" 슬롯 크기의 소구치용 표준 에지와이즈 트윈 브라켓이 었다.
- 국내에서 최근 개발된 Alice 브라켓((주)광명 데이콤, 한국) 60개를 실험군으로, Spirit MB 브라켓 (Ormco, Glendora, CA, USA) 60개를 본 연구의 대조군으로 각각 사용하였다. Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓 모두 슬롯이 스테인레스 스틸 금속으로 이루어져 있으며 실험에 사용된 브라켓은 양군 모두 0.
데이터처리
- SPSSWIN ver. 12.0 프로그램 (SPSS, Chicago, Ⅱ., USA)을 이용하여, 각 브라켓 군의 파절 강도에 대한 평균과 표준편차를 구하고, 각 군의 정규성 검정을 위해 Kolmogorov-Smimov test를 시행하였다. 상온에서 방치한 경우와 열변환 시킨 경우 각각에서 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓간의 차이의 유의성을 검정하기 위하여 정규성 유무에 따라 독립표본 / 검정 또는 Mann-Whitney U test를 시행하였다.
- , USA)을 이용하여, 각 브라켓 군의 파절 강도에 대한 평균과 표준편차를 구하고, 각 군의 정규성 검정을 위해 Kolmogorov-Smimov test를 시행하였다. 상온에서 방치한 경우와 열변환 시킨 경우 각각에서 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓간의 차이의 유의성을 검정하기 위하여 정규성 유무에 따라 독립표본 / 검정 또는 Mann-Whitney U test를 시행하였다.
성능/효과
- 1. 상온에서 방치한 브라켓의 경우, Spirit MB 브라켓에 비하여 Alice 브라켓 윙의 파절 강도가 높게 나타났으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p < 0.01).
- 2. 열변환 시킨 브라켓의 경우에도, Spirit MB 브라켓에 비하여 Alice 브라켓 윙의 파절 강도가 높게 나타났으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p < 0.05).
- 95 Kg의 파절 강도를 보여 Alice 브라켓의 파절 강도가 Spirit MB 브라켓보다 높은 것으로 나타났다. Kolmogorov- Smimov 검정결과 Spirit MB 브라켓의 계측치가 정규성이 없는 것으로 나타나 비모수적 검정인 Mann-Whitney U 검정을 시행한 결과 양군의 차이는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다 (Table 2).
- 43 Kg의 파절 강도를 보여 Alice 브라켓의 파절 강도가 높은 것으로 나타났다. Kolmogorov-Smimov 검정결과 양군 모두 정규성을 보였으며 독립표본 t 검정을 시행한 결과 이들의 차이는 통계적으로도 유의한 것으로 나타났다 (Table 1).
- 각각의 브라켓에 대해 근심교합면측 윙의 크기를 측정한 결과, 근원심 폭은 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓이 각각 1.20 mm, 1.26 mm로 비슷하게 측정되었고, 교합-치은측 길이는 Alice 브라켓이 1.04 mm, Spirit MB 브라켓이 0.60 min로 Alice 브라켓이 큰 양상을 보였다. 특히 파절 강도 측정시 사용된 위치에서의 협설측 두께는 Alice 브라켓이 0.
- 이는 파절된 브라켓 윙의 표면 형태를 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 열변환 처리 유무에 관계없이 Alice 브라켓에서는 비교적 균일한 표면양상을 보였고 Spirit MB 브라켓에서는 fiber 형태의 세라믹 필러가 관찰된 소견과 일치하는 결과로 생각된다. 그러나 파절 강도측정 결과, Spirit MB 브라켓보다 Alice 브라켓의 파절 강도가 높게 측정되어, 두 브라켓 구성 성분보다는 브라켓의 디자인이 두 브라켓 간 파절 강도 차이에 더 많이 기여했을 것으로 생각되었다. 그러나 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓 모두 슬롯이 0.
- 본 연구에서 Alice 브라켓의 파절 강도가 Spirit MB 브라켓보다 크게 나타났지만 본 연구의 결과 해석 시에는 Alice 브라켓 재료의 물성이 Spirit MB 브라켓보다 반드시 우수하다는 것을 의미하지는 않음을 염두해 두어야 한다. 본 연구에서 브라켓 윙의 크기를 비교한 결과 실험에서 사용된 부위에서는 Spirit MB 브라켓 윙의 크기가 Alice 브라켓보다 작은 것으로 나타났으므로 Alice 브라켓의 높은 파절강도가 브라켓 자체 재료의 물성 이 우수해서 인지 아니면 물성은 같은데 단지 두께가 두껍기 때문인지, 나아가서는 물성은 떨어지는데 두께가 두껍기 때문인지 본 연구결과로는 알 수 없으며 이의 규명을 위해 보다 체계적인 연구가 필요하다.
- 브라켓 윙에 교정 결찰용 와이어를 걸고 만능시험기를 사용하여 파절 강도를 측정한 결과 Spirit MB 브라켓에 비하여 Alice 브라켓의 강도가 열변환 처리에 관계없이 큰 것으로 나타났다. 아울러 이러한 차이는 통계적으로도 유의함을 보였다.
- 결국 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓 윙의 파절강도 측정 및 그 기여요인을 분석한 결과 브라켓을 이루는 재료의 구성성 분보다는 브라켓 윙의 두께 차이로 인하여 Alice 브라켓 윙의 파절 강도가 Spirit MB 브라켓보다 더 높게 나타난 것으로 생각된다. 아울러 본 연구 결과, 그 동안에는 폴리카보네이트 브라켓의 파절을 줄이기 위하여 세라믹 분말을 첨가하는 시도가 주로 이루어진 반면 이의 추가 없이도 물성을 개선시킬 수 있음을 보여주었으며 이는 차후폴리카보네 이트 브라켓의 개발에 중요한. 가이 드라인 이 될 수 있을 것으로 생각되었다.
- 열변환 처 리없이 그대로 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓의 파절 강도를 비교한 결과 Alice 브라켓은 평균 3.79 Kg, Spirit MB 브라켓은 평균 3.43 Kg의 파절 강도를 보여 Alice 브라켓의 파절 강도가 높은 것으로 나타났다. Kolmogorov-Smimov 검정결과 양군 모두 정규성을 보였으며 독립표본 t 검정을 시행한 결과 이들의 차이는 통계적으로도 유의한 것으로 나타났다 (Table 1).
- 열변환을 시킨 후 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓의 파절 강도를 비교한 경우에도 Alice 브라켓은 평균 3.32 Kg, Spirit MB 브라켓은 평균 2.95 Kg의 파절 강도를 보여 Alice 브라켓의 파절 강도가 Spirit MB 브라켓보다 높은 것으로 나타났다. Kolmogorov- Smimov 검정결과 Spirit MB 브라켓의 계측치가 정규성이 없는 것으로 나타나 비모수적 검정인 Mann-Whitney U 검정을 시행한 결과 양군의 차이는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다 (Table 2).
- 018" 크기의 스테인레스 스틸 금속으로 이루어져 있으며 표준 에지와이즈 트윈 브라켓으로, 브라켓 윙의 크기를 제외하고는 디자인이 유사하여 두 브라켓 간 윙의 크기 차이를 알아보고자 하였다. 이를 위해 파절 강도 측정에 사용하지 않은 각각의 브라켓에 대하여 근심 교합면측 윙의 크기를 측정한 결과 근원 심 폭은 Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓이 각각 1.20 mm, 1.26 mm로 비슷하게 측정되었고, 교합-치은측길이는 Alice 브라켓이 1.04 mm, Spirit MB 브라켓이 0.60 mm로 Alice 브라켓이 다소 큰 반면 파절 강도측정 시 사용된 위치에서의 협설측 두께는 Alice 브라켓이 0.85 mm, Spirit MB 브라켓이 0.44 mm로 Alice 브라켓의 윙의 두께가 Spirit MB 브라켓보다 현저하게 큰 것으로 나타나 이로 인해 Alice 브라켓 윙의 파절 강도가 Spirit MB 브라켓보다 크게 나타난 것으로 생각된다. Rains 등2은 다양한 디자인의 폴리 카보네 이 트 브라켓에 아치 와이 어 를 사용하여 외력을 가한 결과, 트윈 브라켓보다는 싱글 브라켓에서, 브라켓 윙의 근원심 폭이 넓을수록, 브라켓의 각진 부분이 적을수록 외력에 대한 스트레스 분산이 효과적임을 보고하여 브라켓의 디자인의 중요성을 강조한 바 있다.
- 이상의 결과는 Alice 브라켓이 윙의 파절 강도 면에서 임상적으로 사용 가능함을 시사하였다.
- 60 min로 Alice 브라켓이 큰 양상을 보였다. 특히 파절 강도 측정시 사용된 위치에서의 협설측 두께는 Alice 브라켓이 0.85 mm,Spirit MB 브라켓이 0.44 mm로 Alice 브라켓의 윙의 두께가 Spirit MB 브라켓보다 현저하게 큰 것으로 나타났다 (Fig 3).
- 파절된 브라켓 윙의 표면 형태를 주사전자현미경으로 관찰한 결과, Alice 브라켓과 Spirit MB 브라켓은 매우 다른 양상을 나타내었다. 열변환 처리 유무에 관계없이 Alice 브라켓에서는 비교적 균일한 표면양상을 보였고 Spirit MB 브라켓에서는 fiber 형태의 구조가 관찰되었다 (Fig 4).
후속연구
- 그러나 실제 임상에서는 결찰용 와이어에 의한 힘의 방향이 브라켓 베이스에 대하여 수직 방향이 아닐 수 있으며, 또한 교정환자의 치아에 부착된 브라켓에는 결찰용 와이어에 의한 힘뿐만 아니라 단단한 음식에 의한 압력, 브라켓과 대합치와의 접촉 가능성으로 인한 외력이 다양한 크기와 방향으로 작용할 수 있으므로, 차후 실제 구강내 상황을 보다 다양하게 재현한 부가적인 연구가 필요하리라 생각된다.
- 염두해 두어야 한다. 본 연구에서 브라켓 윙의 크기를 비교한 결과 실험에서 사용된 부위에서는 Spirit MB 브라켓 윙의 크기가 Alice 브라켓보다 작은 것으로 나타났으므로 Alice 브라켓의 높은 파절강도가 브라켓 자체 재료의 물성 이 우수해서 인지 아니면 물성은 같은데 단지 두께가 두껍기 때문인지, 나아가서는 물성은 떨어지는데 두께가 두껍기 때문인지 본 연구결과로는 알 수 없으며 이의 규명을 위해 보다 체계적인 연구가 필요하다.
- 아울러 Alice 브라켓이 비록 강도가 크게 나타났다 할지라도 실험 시 사용된 교합면측 윙의 크기가 크다는 것은 그만큼 음식물이나 대합치에 의해 접촉될 가능성이 크다는 것을 의미하므로 항상 임상에서 유리할 수 없다는 점도 고려해야 할 것이며 이러한 점 역시 차후 in vivo 연구를 통해 입증되어야 할 것으로 생각된다.
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