교정치료 본질인 치아이동을 보다 효과적으로 하기 위한 기계적 힘외의 다른 자극원으로서 전기적 자극에 대한 효용성이 부각되고 있다. 본 연구는 임상에서 초소형 전기장치에 의한 전기 자극이 교정적 치아이동에 미치는 효과를 실증하기 위해 시행되었다. 교정용 미니 스크류를 식립한 성인 여성 교정 환자 7명의 상악 견치 후방 견인 시 실험측에 150 gm의 기계적 교정력 외에 $20{\mu}A$의 직류 전류를 공급하는 초소형 전기 장치를 고안, 제작, 장착하여 견치의 근원심에 1일 5시간씩 4주간 전류 자극을 흘리고, 대조측에는 기계적 자극만을 가한 후, 매 주간 치아 이동량을 측정하여 치아이동에 있어서 전기자극의 효과를 검증하였다. 실험기간 동안 치아이동률에 있어서 실험군에서 대조군에 비해 1, 2째주에서 33%, 3, 4째주에서 21,4% 증가된 치아이동을 보였다. 실험군의 평균 치아 이동량은 1, 2째주가 3, 4째주에 비하여 컸으며, 그 차이는 각각 47%, 24% 증가된 치아 이동량을 보였다. 실험을 통하여 미세 전류가 적용되어 치아이동을 촉진할 수 있다는 것이 임상적으로 실증되었다. 생물학적으로 최적의 치아이동을 계획하여 치료계획을 단축시킬 수 있는 방법은 기계적 교정력과 전기자극을 동시에 가하는 것이라고 제안한다.
교정치료 본질인 치아이동을 보다 효과적으로 하기 위한 기계적 힘외의 다른 자극원으로서 전기적 자극에 대한 효용성이 부각되고 있다. 본 연구는 임상에서 초소형 전기장치에 의한 전기 자극이 교정적 치아이동에 미치는 효과를 실증하기 위해 시행되었다. 교정용 미니 스크류를 식립한 성인 여성 교정 환자 7명의 상악 견치 후방 견인 시 실험측에 150 gm의 기계적 교정력 외에 $20{\mu}A$의 직류 전류를 공급하는 초소형 전기 장치를 고안, 제작, 장착하여 견치의 근원심에 1일 5시간씩 4주간 전류 자극을 흘리고, 대조측에는 기계적 자극만을 가한 후, 매 주간 치아 이동량을 측정하여 치아이동에 있어서 전기자극의 효과를 검증하였다. 실험기간 동안 치아이동률에 있어서 실험군에서 대조군에 비해 1, 2째주에서 33%, 3, 4째주에서 21,4% 증가된 치아이동을 보였다. 실험군의 평균 치아 이동량은 1, 2째주가 3, 4째주에 비하여 컸으며, 그 차이는 각각 47%, 24% 증가된 치아 이동량을 보였다. 실험을 통하여 미세 전류가 적용되어 치아이동을 촉진할 수 있다는 것이 임상적으로 실증되었다. 생물학적으로 최적의 치아이동을 계획하여 치료계획을 단축시킬 수 있는 방법은 기계적 교정력과 전기자극을 동시에 가하는 것이라고 제안한다.
Objective: The purpose of this study was to determine whether an exogenous electric current to the alveolar bone surrounding a tooth being orthodontically treated can enhance tooth movement in human and to verify the effect of electric currents on tooth movement in a clinical aspect. Methods: This s...
Objective: The purpose of this study was to determine whether an exogenous electric current to the alveolar bone surrounding a tooth being orthodontically treated can enhance tooth movement in human and to verify the effect of electric currents on tooth movement in a clinical aspect. Methods: This study was performed on 7 female orthodontic patients. The electric appliance was set in the maxilla to provide a direct electric current of $20{\mu}A$. The maxillary canine on one side was assigned as the experimental side, and the other as control. The experimental canine was provided with orthodontic force and electric current. The control side was given orthodontic force only. Electrical current was applied to experimental canines for 5 hours a day. The amount of canine movement was measured with an electronic caliper every week. Results: The amount of orthodontic tooth movement in the experimental side during 4 weeks was greater by 30% compared to that of the control side. The amount of increase in tooth movement in the experimental side was statistically significant. The amount of tooth movement in the experimental side during the first two weeks was !Bleater than that in the following two weeks. The amount of weekly tooth movement in the control side was decreased gradually. Conclusions: These results suggested that the exogenous electric current from the miniature electric device might accelerate orthodontic tooth movement by one third and have the potential to reduce orthodontic treatment duration.
Objective: The purpose of this study was to determine whether an exogenous electric current to the alveolar bone surrounding a tooth being orthodontically treated can enhance tooth movement in human and to verify the effect of electric currents on tooth movement in a clinical aspect. Methods: This study was performed on 7 female orthodontic patients. The electric appliance was set in the maxilla to provide a direct electric current of $20{\mu}A$. The maxillary canine on one side was assigned as the experimental side, and the other as control. The experimental canine was provided with orthodontic force and electric current. The control side was given orthodontic force only. Electrical current was applied to experimental canines for 5 hours a day. The amount of canine movement was measured with an electronic caliper every week. Results: The amount of orthodontic tooth movement in the experimental side during 4 weeks was greater by 30% compared to that of the control side. The amount of increase in tooth movement in the experimental side was statistically significant. The amount of tooth movement in the experimental side during the first two weeks was !Bleater than that in the following two weeks. The amount of weekly tooth movement in the control side was decreased gradually. Conclusions: These results suggested that the exogenous electric current from the miniature electric device might accelerate orthodontic tooth movement by one third and have the potential to reduce orthodontic treatment duration.
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문제 정의
비해 증가된 골 개조 활성을 관찰하였다. 이 연구는 그 연장 선상에서 동일한 전기장치를 사용하여 실제 임상에서 이전 실험동물에서 시행되었던 전류 자극의 효과를 임상적으로 검증하였다.
이 연구는 그동안 실험 동물상에서 입증된 치아 이동에 미치는 미세전류의 효과를 임상적으로 실증하는 데 있다. 성인 여성 환자 7명을 대상으로 상악견치 후방 견인 시에 실험군에는 150 gm의 기계적 자극 외에 20“ A의 전기적 자극을 간헐적으로 동시에 가하고, 대조군에는 기계적 자극만을 가한 뒤 매주 견치 후방 이동량을 측정하여 총 4주 동안의 상악 견치 후방 이동량을 계측하였다.
제안 방법
2) 인쇄 회로 기판에 집적화하여 소형화를 도모하였다.
집단 내 대상의 수가 작았으므로(n = 7), 치아 이동의 실제 차이의 크기와 무관하게 통계적 유의성이 없을 가능성이 매우 높았다. 따라서, proportionate increment index를 사용한 임상적 유의성을 측정하였다.
매주 내원하여 상악의 미니스크류의 최원심과 견치 브라켓의 최근심 간의 거리를 측정하였다. 7명의환자에서의 주별 치아 이동량의 평균값과 통계학적 유의성, 대조군에 대한 실험군의 치아 이동 비율은 다음과 같다 (Table 1, Fig 5).
상악 제1 소구치 발치 후 상악 견치 후방 견인 시편 측에 미세전류자극과 교정력을 동시에 가하고, 반대편(contralateral side)에는 교정력만을 가하였다. 견치 후방 견인 시 상악에 장착된 호선은 016 X 022 인치(inch) 굵기의 스테인레스 스틸이었으며, 견치 후방 견인력을 위해 Rocky mountain사의 Elgiloy coil spring을 사용하여 편측당 150 gm을 가하였다.
그러나 본 연구를 통해 미세전류가 적용되어 임상적으로 치아이동을 촉진할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 생물학적으로 최적의 치아 이동을 계획하여 치료계획을 단축시킬 수 있는 방법은 기계적 교정력과 전기자극을 동시에 가하는 것이라고 제안한다.추후 다수치아의 이동에 적용할 수 있는 전기장치가 고안된다면, 임상적인 전류 자극의 이용은 보다 가속화할 수 있을 것이라 생각된다.
데 있다. 성인 여성 환자 7명을 대상으로 상악견치 후방 견인 시에 실험군에는 150 gm의 기계적 자극 외에 20“ A의 전기적 자극을 간헐적으로 동시에 가하고, 대조군에는 기계적 자극만을 가한 뒤 매주 견치 후방 이동량을 측정하여 총 4주 동안의 상악 견치 후방 이동량을 계측하였다.
실험 기간은 4주로 하였으며, 실험 대상자들은 일주일 간격으로 내원하여 상악 미니스크류의 최원심과 견치 브라켓의 최근심까지의 거리를 전자 캘리퍼 (caliper)로 길이 계측하였으며, 상악 견치 후방견인력 또한 매주 간격으로 동일하게 적용되었다.
견치 후방 견인 시 상악에 장착된 호선은 016 X 022 인치(inch) 굵기의 스테인레스 스틸이었으며, 견치 후방 견인력을 위해 Rocky mountain사의 Elgiloy coil spring을 사용하여 편측당 150 gm을 가하였다. 이때 Elgiloy coil sprang을 견치와 상악 협즉에 식 립된 교정용 미니 스크류에 연결함으로써 견치 후방 견인 시 상악 구치부의 고정원 손실 (anchor loss) 을 최소화하고 치아 이동량 계측의 정확성을 기하였다. 전기장치는 실험 전 인상(impression)을 채득하여 치형 (model)상에서 제작되었다.
접촉하도록 제작되었다. 이를 위해 기존의견치 브라켓의 incisal wing 하방에 016 인치(inch) 스테인리스 스틸 와이어를 납착하여 전기장치가 연결될 수 있도록 한 customized 브라켓을 제작하였己, 그리고, 납착된 와이어와 전기장치를 연결하고 전기장치의 전극을 치은과 적절한 접촉을 할 수 있도록 하는 assembly를 제작하였다 (Fig 3).
19기년 Lavine 등'은 토끼의 대퇴골을 절단한 뒤 2 - 4 Am의 전류를 흘린 결과 실험군에서 3주 후의 결과가 대조군에서의 6주 후 결과에 비하여 치유상태가 훨씬 좋았음을 보고하였다. 이와 같은 실험결과는 골 형성에 관한 전류와 전기적 변화의 효과에 대해 많은 후속 연구를 유인하였으며, 이를 기반으로 실제 임상에서 전기력을 사용하여 장골에서 골절의 치유 弗 1M 성공하였으며, 정형외과적 영역에서는 골형성을 유도하는데 미세 전류를 직접적으로 이용6하였다.
일일 5시간 동안만 전류 자극을 가하도록 환자에게 지시하였으며, 장착된 전기장치의 전류 공급량은 digital multimeter (digital high tester 3256, Hioki, Japan)를 사용하여 20“A의 전류 공급 여부를 확인하였다.
전기장치를 assembly와 연결하고, 모형상에 부착된 브라켓에 assembly의 헬릭스를 연결한 상태에서 전극과 전기징치의 단속 스위치(on/off switch) 를 릴리프(relief)하고 나머지 부분은 레진으로 피개하였다. 전극의 위치는 파골 활성이 나타나는 양극(孝) 부분은 견치의 원심 측에, 조골활성이 나타나는 음극(-) 부분은 견치의 근심 측에 위치시켰고, 전극은치 근단 부위에서 내려와 최대한 치 조정 (al.,eolar cre- st)에 근접하도록 위치시켰으며, 치형 모델 상에서 장치 제작 시 각 전극은 견치에서 1, 5 - 2 mm 간격을 가지도록 조절하였다 (Fig 4).
대상 데이터
가하였다. 견치 후방 견인 시 상악에 장착된 호선은 016 X 022 인치(inch) 굵기의 스테인레스 스틸이었으며, 견치 후방 견인력을 위해 Rocky mountain사의 Elgiloy coil spring을 사용하여 편측당 150 gm을 가하였다. 이때 Elgiloy coil sprang을 견치와 상악 협즉에 식 립된 교정용 미니 스크류에 연결함으로써 견치 후방 견인 시 상악 구치부의 고정원 손실 (anchor loss) 을 최소화하고 치아 이동량 계측의 정확성을 기하였다.
본 연구에 사용된 전기장치는 전원공급 장치 (battery) 의 크기를 최소화함으로써 4주간의 장착이 가능하였다. 이는 한 개 치아의 이동 시와 같은 간단한 치아이동시에 매우 유용하다고 생각되며, 전원공급 장치를 최소화한다면 더 작은 장치가 가능할 것으로 생각된다.
본 연구에서 사용된 전기장치는 2002년 Park 등” 이 사용했던 장치와 동일하며, Fig 1은 그 회로도이다. Q1과 Q2는 트랜지스터로서, 각각의 베이스 전극이 서로 연결되고 Q1의 베이스는 콜렉터와 연결되어 다이오드 동작을 하는 전형적인 전류 반복기 형태를 취하고 있다.
실험대상자는 I급 부정교합 상악 제1소구치 발치 환자로 교정치료 중에 협조도와 구강위생 관리가 철저한 환자들 중 환자의 동의를 얻어 선정되었다. 실험대상자의 평균 연령은 20.
이 연구의 실험대상으로 7명의 성 인을 선정하였다. 실험대상자는 I급 부정교합 상악 제1소구치 발치 환자로 교정치료 중에 협조도와 구강위생 관리가 철저한 환자들 중 환자의 동의를 얻어 선정되었다.
전기장치는 실험 전 인상(impression)을 채득하여 치형 (model)상에서 제작되었다. 전기장치는 고정식 장치로 제작되었다 (Figs 1, 2).
전류에서는 연속적인 전류보다는 단속적인 전류를 흐르게 하는 것이 골 형성 효과(osteogenetic effect) 를 보다 더 효과적으로 일으킨다고 보고되고 있다. 치아 이동 시의 전류 자극의 적용은 직류전류(DC), 파동형 전자기장(pulsed electromagnetic fields, PEMF) 이 이용되었다. Davidovitch 등, " Hashimoto, Park 등*은 기계적 자극과 동시에 DC를 이용한 전기적 자극을 동시에 가하여, 치아 이동속도의 증가를 관찰하였다.
데이터처리
4. (SAS, Cary, NC, USA)를 사용한 Wilcoxon Signed Rank Test를 사용하였다. 통계적 유의성은 type I error p-value로 평가되었다.
좌측 치아와 우측 치아라고 하는 상관된 두 집단이 사용되었으므로 통계적 분석은 SAS JMP 4.0.4. (SAS, Cary, NC, USA)를 사용한 Wilcoxon Signed Rank Test를 사용하였다.
(SAS, Cary, NC, USA)를 사용한 Wilcoxon Signed Rank Test를 사용하였다. 통계적 유의성은 type I error p-value로 평가되었다. 집단 내 대상의 수가 작았으므로(n = 7), 치아 이동의 실제 차이의 크기와 무관하게 통계적 유의성이 없을 가능성이 매우 높았다.
성능/효과
1) 소형 전지 1개로 동작 가능하므로 초소형으로 교정 장치에 부가하여 사용 가능하다.
1. 4주간의 실험 기간 동안 실험군의 이동거리는 대조군에 비해 현저히 증가하여, 4주 후 실험군에서 대조군에 비해 30% 증가된 치아이동량을 보였다. 실험기간별 통계학적 유의성 분석에서 3주째를 제외하고 통계학적 유의성을 보였다.
1. 성장판에서의 골 연골 결합부와 골절부의 가골 형성부에서의 낮은 산소 분압이 발견된다.
2. 시험 관상에서 낮은 산소 분압 환경에서 적절한 골성장이 나타난다.
3) 개체 간 혹은 장착될 위치 간 치아 조직의 등가 임피던스의 변화에도 일정한 전류가 유지된다.
3. 골세포뿐 아니라 성장판의 연골세포가 주로 무산소성 대사 과정 (anaerobic metabolic pathway) 을 따른다.7, 1。
3. 대조군의 치아 이동량은 실험 기간이 지남에 따라점 진적 으로 치 아이 동량이 감소하였다.
4) On/off 스위치로 장치 장착 후 동작 시간 조절이 가능하다.
그러나 본 연구를 통해 미세전류가 적용되어 임상적으로 치아이동을 촉진할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 생물학적으로 최적의 치아 이동을 계획하여 치료계획을 단축시킬 수 있는 방법은 기계적 교정력과 전기자극을 동시에 가하는 것이라고 제안한다.
과거 Davidovitch 의 연구에서 실험 기간을 2주간으로 한정함으로써 대조군의 2주 후 catch up movement를 고려하지 못했다고 비판 받은 바 있다. 그러나 이번 실험에서 이러한 결과는 비록 치아 이동률이 다른 기간에 비해 감소하기는 하였으나, 대조군의 catch up move- ment시에도 실험군의 전기자극이 가해진 치아 이동이 보다 효율적이라는 것을 반증하다.
대조군에 대한 실험군의 주별 치아 이동률에서 대상 1에서의 3주간을 제외하고도 3주간의 이동률이 23.4%로 다른 주간 등에 비해 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 대조군에서의 2주 후의 catch up movement일 것으로 생각된다.
대조군에 대한 실험군의 치아 이동량 비율은 개인별로 첫 번째 환자에서 3주째의 -33.3%를 제외하고 나머지는 11.8%에서 85.4%까지의 다양한 치아 이동률을 보였다. 그러나 실험 기간 동안의 치아 이동률의 평균은 실험대상 1을 제외하고 유사하였다.
모든 결체 조직 내에는 이러한 섬유성 분자들, 즉 예를 들면 교원질 (collagen), 탄성소(elastin), 세망조직 (reticulum), 셀 룰로스(cellulose) 등이 있으며, 이들은 일종의 결정체 구조를 가지고 있다. 따라서 교원 섬유질과 같은 섬유성 분자들이 거의 함유되어 있지 않은 법랑질에서는 압전기 효과(piezoelectric effect)가 관찰되지 않으며, 2425 교원질이 함유된 골조직과 상아질, 백악질에서는 압전기 효과(piezoelectric effect)가 나타난다. 24-26 전술하였듯이 기계적 자극에 의해 발생된 압전기(piezoelectricity)는 골대사를 변형 시켜, 골 구조를 변형시킬 수 있다는 사실이 발견되었다.
Davidovitch 등 18-21과 Hashimoto”는 고양이의 견치에 교정력과 동시에 전기자극을 가하여 치아이동이 촉진되었음을 보고하였고, 특히 Davidovitch 등'""은 w - 20 u A의 전류가 치조골의 개조에 영향을 미칠 수 있으며, 골세포에 대한 전류의 효과는 cyclic nucleotide 에 의해 매개되는 것이라고 설명하였다. 또한 기계적 자극과 전기적 자극을 동시에 가한다면, 치아 이동 속도와 골 개조 활성을 증가시킴으로써 치료 기간의 단축이 가능하다고 제안하였다. 그러나 이상의 연구들은 실험기간을 2주간의 단기간으로 설정함으로써 장기간의 전류 자극에 의한 조직학적 변화와 치아 이동양상에 대한 것들은 이루어지지 않았다.
그러나, 미니 스크류 원심과 브라켓의 근심간은 거리 계측 시에 caliper의 고정이 용이하였다. 또한, 교정용 미니 스크류를 사용함으로써 전술한 measurement marker 외에 견치 후방 견인 시 대구치의 전방이동 가능성을 배제함으로써 순수한 치아 이동만을 계측할 수 있었다.
001). 실험 측에서의 치아이동량이 대조군에 비하여 32.2% 많았다.
6%의 치아 이동량의 증가를 보였다. 실험군에서는 첫째, 둘째 주에서의 치아이동량이 나머지 기간에 비하여 많았으며, 3, 4주에서는 거의 동일한 치아 이동량을 나타내었다. 반면 대조군에서는 점진적으로 치아 이동이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
이번 연구에서 실험군에서의 치아 이동량은 대조군에 비해 21.8% 증가된 소견을 보였다. 그러나 개인별 치아 이동률에 있어서는 실험 측에서 대조군에 비해 평균적으로 30.
이상에서 실험군의 치아 이동량과 대조군의 치아 이동량의 차이는 3주째를 제외하고는 모두 통계학적 유의성이 있는 것으로 분석되었으며, 비율에서는 각각 34.9%, 40.1%, 32.2%, 30.6%만큼 실험 군의 치아 이동이 더 많았다. 총 치아 이동을 분석하면 기계적 자극과 동시에 전기자극을 가한 실험군에서 대조군에 비하여 30.
6%만큼 실험 군의 치아 이동이 더 많았다. 총 치아 이동을 분석하면 기계적 자극과 동시에 전기자극을 가한 실험군에서 대조군에 비하여 30.6%의 더 많은 치아이동을 보였다. 이는 교정력과 함께 전기자극을 동시에 적용한다면, 치아이동의 효율을 30% 정도 더 높일 수 있음을 의미한다.
보다 많았다. 치아 이동률로 환산하면, 실험군의 치아 이동량이 대조군에 비해 첫째주에서 34.9%, 둘째주에서 40.1%, 셋째 주에서 15.3%, 넷째 주에서 32.2%만큼 많았으며, 총 실험 기간 동안 실험군에서 30.6%의 치아 이동량의 증가를 보였다. 실험군에서는 첫째, 둘째 주에서의 치아이동량이 나머지 기간에 비하여 많았으며, 3, 4주에서는 거의 동일한 치아 이동량을 나타내었다.
후속연구
이는 한 개 치아의 이동 시와 같은 간단한 치아이동시에 매우 유용하다고 생각되며, 전원공급 장치를 최소화한다면 더 작은 장치가 가능할 것으로 생각된다. 그러한 대안으로써 열전쌍(thermocouple) 장치를 생각할 수 있다.
생물학적으로 최적의 치아 이동을 계획하여 치료계획을 단축시킬 수 있는 방법은 기계적 교정력과 전기자극을 동시에 가하는 것이라고 제안한다.추후 다수치아의 이동에 적용할 수 있는 전기장치가 고안된다면, 임상적인 전류 자극의 이용은 보다 가속화할 수 있을 것이라 생각된다.
참고문헌 (33)
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