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문제 정의
- 이상으로 골유착을 유리하게 하기 위한 임플란트 표면의 거칠기와 이와 관계되어지는 젖음성에 대하여 고찰 해보았다. 본 실험에서는 시편의 종류에 따라서 젖음성에 차이가 있는 것으로 나타났고, 시간에 따라서는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
- 임플란트의 골유착 성공률을 증가시키기 위한 다양한 인자들 중 표면처리에 관심을 갖게 되었고 최근 활발하게 연구 되어지는 표면처리 방법에 따른 임플란트와 조직액간의 젖음성에 관한 연구가 필요하다고 판단하여본 실험을 진행하였다. 여러 논문에서 표면 거칠기에 따른 생체 반응을 비교 하였으나 표면 분석 방법과 거칠기를 정량화하는 방법에는 큰 차이가 있었다.
제안 방법
- 본 연구를 통하여 표면 처리를 달리한 Machined surface, Anodized surface, RBM, CMP Surface 임플란트의 표면조도를 측정하고 젖음성의 차이를 알아보고 시간에 따른 젖음성의 차이를 비교하였다. 또한 표면조도와 젖음성 간의 상관관계를 알아보았다.
- 최근 연구 되어지는 다양한 표면 처리에 따른 젖음성의 비교 분석과 시간에 따른 젖음성의 변화, 표면조도와 젖음성의 관계에 대한 분석이 필요하리라 판단된다. 본 연구를 통하여 표면 처리를 달리한 Machined surface, Anodized surface, RBM, CMP Surface 임플란트의 표면조도를 측정하고 젖음성의 차이를 알아보고 시간에 따른 젖음성의 차이를 비교하였다. 또한 표면조도와 젖음성 간의 상관관계를 알아보았다.
- 9%염화나트륨 농도의 멸균생리식염수 (중외제약, 대한민국)를 dropping후, 동영상 카메라가 부착된 측정장비 (model name OCA20®, Dataphysics, Germany) 를 이용, 시편 표면과 이루는 각을 측정하였다. 시간에 관한 변화를 알아보기 위해서 5초, 10초, 15초 간격으로도 측정하였다. 사용한 용액은 36.
- 를 이용하여 확인하였다. 시간에 따른 접촉각의 차이를 알아보기 위해서 각 group당 5초 후, 10초 후 그리고 15초 후 젖음성을 측정하였다.
- 시편당 3 ㎕의 0.9%염화나트륨 농도의 멸균생리식염수 (중외제약, 대한민국)를 dropping후, 동영상 카메라가 부착된 측정장비 (model name OCA20®, Dataphysics, Germany) 를 이용, 시편 표면과 이루는 각을 측정하였다.
- 실험군은 모두 4군으로 나누어 실시하였다.
- 한 종류의 표면처리 당 5개의 시편을 제작, 총 20개의 시편을 이용하여 실험하였다. 실험을 통하여 시편의 젖음성, 시간에 따른 젖음성에 변화, 시편 표면 조도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 젖음성의 차이가 구체적으로 어떻게 다른지 알기 위하여 Scheffé 사후 검증하였다.
- 제 3군은 대조군 시편 (Machined)에 HA (hydroxyapatite) blasting을 하여 표면 거칠기를 형성한 후 HA particle제거를 위해 15% 질산을 사용하여 10분간 처리 하였다. 질산 처리 후 에칠알콜을 사용하여 10분간 초음파 세척을 3회실시후 최종 증류수 초음파 3회 실시 후 70℃ 건조기에서 24시간 건조 실시하였다.
- 제 4군은 RBM disc 시편에 CMP coating을 실시하였다. disc 표면에 CMP sol 0.
- 표면거칠기 장비는 일본 Mitutoyo사 SV-3000S4을 이용 하였으며 그 측정조건은 Stylus: 1.2, Measurement Length:1.69 mm, Speed: 0.05 mm/s, Filter: Gaussian로 하였으며 측정장비를 JIS1994 표준에 근거하여 측정하고 그 값을 보정하였으며 각 group당 5개 sample을 측정하였고 1개의 sample에서 3회 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 골유착을 증가시키기 위하여, 4종류의 표면 처리를 달리한 타이타늄 시편을 이용하였다. 한 종류의 표면처리 당 5개의 시편을 제작, 총 20개의 시편을 이용하여 실험하였다.
- 제 1군은 대조군으로 표면 처리를 하지 않은 Machined surface군이다. 절삭유 제거를 위해 에칠알콜을 사용하여 10분간 초음파 세척을 3회 실시 후 70℃에서 건조 실시하였다.
- 지름 10 mm, 두께 1 mm인 Titanium Grade IV 시편을 20개 제작하였다.
- 본 연구에서는 골유착을 증가시키기 위하여, 4종류의 표면 처리를 달리한 타이타늄 시편을 이용하였다. 한 종류의 표면처리 당 5개의 시편을 제작, 총 20개의 시편을 이용하여 실험하였다. 실험을 통하여 시편의 젖음성, 시간에 따른 젖음성에 변화, 시편 표면 조도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
데이터처리
- 1) 임플란트 표면 처리에 따른 젖음성과 표면조도의 차이를 분석하기 위해 일원 분산 분석 (One-way ANOVA)을 하여 F 검증하고 그 후 Scheffé 사후 검증 (Post Hoc Test) 을 하였다.
- 2) 경과 시간에 따른 젖음성 효과의 차이를 분석하기 위해 일원 분산 분석 (One-way ANOVA)을 하여 수집된 실험 데이터는 통계 패키지 SPSS 11.0을 사용하여 분석 하였다. 본 연구에서 사용된 통계를 F 검증하고 그 후 Scheffé 사후 검증 (Post Hoc Test)을 하였다.
- 3) 임플란트 표면 특성과 경과 시간의 주 효과 (main effects)와 교호 작용 효과 (interaction effects)를 분석하기 위해 이원 분산 분석 (Two-way ANOVA)하였다.
- 4) 임플란트 표면 처리에 따른 젖음성과 표면조도의 상관관계를 조사하기 위해 Pearson 상관계수를 구하였다.
- 본 연구에서 사용된 통계를 F 검증하고 그 후 Scheffé 사후 검증 (Post Hoc Test)을 하였다.
- 임플란트 표면 처리 방법과 시간 경과에 따른 젖음성의 주 효과 (main effects)와 교호 작용 효과 (interaction effects)가 있는지 알아보기 위해서 이원 분산 분석 (Twoway ANOVA)을 하였다. Table V는 각 표면처리와 경과 시간별 젖음성의 평균과 표준 편차를 정리한 표이고 Table VI는 각 분산 원천 (source)별 제곱 합 (sum of squares), 평균 제곱 (mean squares)과 그에 해당하는 F 값과 P 값을 정리한 분산 분석표이다.
- Scheffé 사후 검증한 결과 CMP와 RBM는 동질적으로 나왔으나 다른 표면 처리와는 이질적인 것으로 밝혀졌다 (Table I). 임플란트 표면 처리에 따른 젖음성의 차이는 5초 후에 측정한 데이터만을 사용하여 분산 분석한 결과 통계적인 유의성이 있었다. Anodized, RBM, CMP, Machined의 순으로 젖음성이 좋았다 (Table II).
이론/모형
- 본 실험에서는 4 가지 임플란트 표면 처리 (Machined surface, Anodized surface, RBM surface, CMP surface)에 따른 시편 표면조도를 일본 Mitutoyo사 SV-3000S4을 이용 하여 측정하였으며, 젖음성이 어떻게 다른지를 분석 하기위해 정적 접촉각 분석 방법인 Sessile drop method14를 이용하여 확인하였다. 시간에 따른 접촉각의 차이를 알아보기 위해서 각 group당 5초 후, 10초 후 그리고 15초 후 젖음성을 측정하였다.
- 하지만 비슷한 거칠기를 가지는 표면 구조라도 표면의 표면 에너지에 의해서 초기 조직액 흡착량에 많은 차이가 나타난다. 이런 조직액 흡착량은 정적 접촉각 측정 방법인 Sessile drop method 로 측정 가능하다.14 이러한 표면 에너지는 임플란트 생산 과정 중 마지막 과정 중 하나인 부동태화 과정과 소독 및 멸균 과정에 의해서 변화 될 수도 있다.
- 표면 젖음성 측정은 sessile drop method를 이용했다. 시편당 3 ㎕의 0.
성능/효과
- 1. 표면조도를 측정한 결과 RBM, CMP, Anodizing, Machined group의 순으로 거칠었다. 그러나 RBM과 CMP는 유의할만한 차이가 없었다 (P < .
- 2. 타이타늄 시편의 젖음성을 분석한 결과 Anodizing, RBM, CMP, Machined group의 순서로 좋은 젖음성, 즉 낮은 접촉각을 보였다. 그러나 CMP와 Machined는 유의할 만한 차이가 없었다 (P < .
- 3. 시간에 따른 젖음성의 변화는 모든 실험군에서 유의할 만한 차이가 없는 것으로 나왔다. 각각의 시편의 종류에 따른 젖음성의 변화도 시간에 따라 유의 할만한 차이가 없는 것으로 나왔다 (P > .
- 4. 표면 처리에 따른 젖음성과 표면조도의 상관관계를 알기위해 Pearson 상관 계수를 이용 한 결과 Machined 와 Anodized는 음의 표본 상관계수가 나온 방면 RBM 과 CMP는 양의 표본 상관계수가 나왔다. 그러나 4 가지 방법 전부 통계적인 유의성은 없었다.
- 임플란트 표면 처리에 따른 젖음성의 차이는 5초 후에 측정한 데이터만을 사용하여 분산 분석한 결과 통계적인 유의성이 있었다. Anodized, RBM, CMP, Machined의 순으로 젖음성이 좋았다 (Table II). 경과 시간에 따른 젖음성의 차이는 통계적인 유의성을 발견하기 힘들었다.
- 젖음성의 차이가 구체적으로 어떻게 다른지 알기 위하여 Scheffé 사후 검증하였다. 그 결과 Anodized 표면의 경우 (m = 17.70)가 가장 좋은 결과가 나왔고, RBM 표면 처리한 경우 (m = 27.86)가 그 다음으로 좋은 결과가 나왔다. 그 반면 CMP (m = 66.
- 52) 표면 처리의 경우는 상대적으로 젖음성이 좋지 않았다. 또한 CMP와 Machined 표면 처리의 경우 젖음성의 차이는 사후 검증 결과 통계적인 유의성이 없었다.
- 이상으로 골유착을 유리하게 하기 위한 임플란트 표면의 거칠기와 이와 관계되어지는 젖음성에 대하여 고찰 해보았다. 본 실험에서는 시편의 종류에 따라서 젖음성에 차이가 있는 것으로 나타났고, 시간에 따라서는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 또한 시편표면 조도와 젖음성의 상관관계도 통계적인 유의성이 없었다.
- 5)에서도 시각적으로 확인 할 수 있다. 시간 경과에 따라서 각 임플란트 표면 처리 당 추정 젖음성의 평균의 경과를 추적한 결과 각 표면 처리당 젖음성의 추정 평균의 변화는 있으나 경과 시간당 변화를 보면 거의 평행선을 유지해 표면 처리와 경과 시간의 교호 작용은 없는 것으로 나타났다.
- 유의 수준 0.05에서 일원 분산 분석 시 Table III, IV와 마찬가지로 임플란트 표면 처리 방법에 따른 젖음성의 주 효과 차이는 통계적인 유의성이 있었으나 (F 값 = 423.494, P 값 = 0.000) 경과 시간에 따른 젖음성의 주 효과는 통계적인 유의성이 없었다 (F 값 = 0.132, P 값 = 0.877). 표면 처리와 경과 시간의 교호 작용 효과 역시 F 값이 0.
- 이상의 결과로 보아 in vitro상에서 임플란트의 표면 처리 방법에 따라 젖음성에 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 젖음성의 차이는 실제 인체에서 임플란트 식립 시에 조직액의 흡착에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 실험 결과는 다음과 같았다. 임플란트 처리에 따른 표면조도의 차이도 일원 분산 분석한 결과 통계적인 유의성이 있는 것으로 나왔다. 시편 표면 조도는 RBM, CMP, Anodized, Machined의 순으로 큰 값이 나왔다.
- 경과 시간에 따른 젖음성의 차이는 통계적인 유의성을 발견하기 힘들었다. 임플란트 표면 처리와 경과 시간의 교호 작용 효과 역시 통계적인 유의성이 없는 것으로 나타났다 (Fig. 5). 표면 처리에 따른 표면조도와 젖음성의 상관관계를 알기위해 Pearson 상관계수를 구한 결과 Machined와 Anodized는 음의 표본 상관계수가 나온 방면 RBM과 CMP는 양의 표본 상관계수가 나왔다.
- 또한 시편표면 조도와 젖음성의 상관관계도 통계적인 유의성이 없었다. 전체적으로 측정되어지는 표면 조도의 값도 중요하지만 젖음 성을 결정하는 표면 에너지에 영향을 주는 다른 인자가 있음을 알았고, 시편표면 조도를 측정하는 균일한 기준이 필요함을 느꼈다. 디스크 시편을 통해서만 젖음성을 측정하는 것이 아니고 임플란트 fixture를 이용하여 젖음 성을 3차원적으로 측정하는 방법이 술자들에게 더 현실 적으로 다가 올수 있으므로, 표준화된 입체적 측정 방법이 개발 될 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 표면 처리에 따른 젖음성과 표면조도의 상관관계를 알기위해 Pearson 상관계수를 구한 결과 Machined (r = -0.189, P 값 = 0.501)와 Anodized (r = -0.140, P 값 = 0.619)는 음의 표본 상관계수가 나온 방면 RBM (r = 0.061, P 값 = 0.830)과 CMP (r = 0.256, P 값 = 0.358)은 양의 표본 상관계수가 나왔다. 그러나 4 가지 방법 전부 통계적인 유의성은 없었다.
- 5). 표면 처리에 따른 표면조도와 젖음성의 상관관계를 알기위해 Pearson 상관계수를 구한 결과 Machined와 Anodized는 음의 표본 상관계수가 나온 방면 RBM과 CMP는 양의 표본 상관계수가 나왔다. 그러나 4 가지 방법 전부 통계적인 유의성은 없었다.
- 표면처리가 동질적인 집단을 알기위해 Scheffé 사후 검증한 결과 RBM (m = 1.69), CMP (m = 1.58), Anodized (m = 0.78) 그리고 Machined (m = 0.18) 순으로 나왔고 RBM과 CMP만 동질적인 집단으로 나타났다.
후속연구
- 디스크 시편을 통해서만 젖음성을 측정하는 것이 아니고 임플란트 fixture를 이용하여 젖음 성을 3차원적으로 측정하는 방법이 술자들에게 더 현실 적으로 다가 올수 있으므로, 표준화된 입체적 측정 방법이 개발 될 필요가 있을 것으로 사료된다. In vitro상에서 표면 처리된 임플란트의 젖음성의 차이가 실질적으로 인체에서 임플란트 식립시 조직액 흡착에 영향을 주어 임플란트의 성공률에 기여하는지 in vivo상의 확인도 필요 할 것으로 본다.
- 전체적으로 측정되어지는 표면 조도의 값도 중요하지만 젖음 성을 결정하는 표면 에너지에 영향을 주는 다른 인자가 있음을 알았고, 시편표면 조도를 측정하는 균일한 기준이 필요함을 느꼈다. 디스크 시편을 통해서만 젖음성을 측정하는 것이 아니고 임플란트 fixture를 이용하여 젖음 성을 3차원적으로 측정하는 방법이 술자들에게 더 현실 적으로 다가 올수 있으므로, 표준화된 입체적 측정 방법이 개발 될 필요가 있을 것으로 사료된다. In vitro상에서 표면 처리된 임플란트의 젖음성의 차이가 실질적으로 인체에서 임플란트 식립시 조직액 흡착에 영향을 주어 임플란트의 성공률에 기여하는지 in vivo상의 확인도 필요 할 것으로 본다.
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