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문제 정의
- 또한 본 연구에서는 임플란트가 구강 내에서 정적인 상태로 존재하는 것이 아니므로 임플란트에 가해지는 하중이 임플란트와 지대주의 계면에 미치는 영향에 대하여 고려하였다. 지르코니아 지대주가 주로 사용되는 상악 전치에 영향을 미치는 측방력은 임플란트-지대주 계면의 순측과 구개측면을 따라 더 높은 스트레스가 집중되는 결과를 야기할 수 있다23).
- 이에 본 연구에서는 최근 사용이 증가되고 있는 지르코니아 지대주를 포함하여 지대주 종류에 따른 지대주와 임플란트 사이의 미세간극 차이와 동적하중에 따른 미세간극의 변화를 주사 전자현미경 분석을 통하여 비교평가 하고자 하였다.
가설 설정
- 원통형 주조 금속관을 지대주 위에 장착한 후 최소 25N, 최대 250N, 주기 14Hz의 sine형 하중을 30°의 경사각도로 가하였다(Fig. 6).
제안 방법
- 동적하중 시행 전 방향이 인기된 임플란트-지대주 계면을 각 시편 당 순측, 구개측, 근심측, 원심측, 총 4 부위를 촬영하였다. 촬영각도는 임플란트-지대주 연결체에 수직이 되도록 설정하였고 200배율 촬영에서 위치를 확인 후 4,000배율 촬영으로 미세간극을 확인하였다.
- 동적하중 시행 후, 동적하중 시행 전과 동일한 방법으로 주사전자현미경 사진을 한 시편 당 8장, 총 168장을 촬영하여 미세간극을 측정하였다. 동적하중 시행 전 촬영한 사진을 출력하여 동일 시편의 동일 부위를 촬영하기 위해 이용하였다.
- 의 연구에서는 1,000배율에서 임의의 2군데를 촬영 후 그 각각의 사진에서 5군데의 간극을 측정하는 방식으로 한 시편에서 10개의 측정치를 얻어 평균을 내기도 하였으나, 본 연구에서는 동적하중에 관련하여 한 시편 당 순측, 구개측, 근심측, 원심측으로 나누어 4,000배율로 촬영하여 각 사진에서 제일 간극이 큰 부위를 측정하였다. 또한 동적하중 전과 후에 같은 부위의 간극을 측정하기 위하여 동적하중 시행 전 촬영하였던 사진을 미리 출력하여 동적하중 시행 후 주사전자현미경 촬영시 이를 참고하여 동일부위를 촬영할 수 있도록 하였다.
- 이러한 임플란트 시스템 상에 기존부터 사용되어온 티타늄, 금합금 지대주와 심미적 요구의 증가로 인하여 최근 널리 사용되고 있는 지르코니아 지대주의 적합도를 주사전자현미경으로 촬영한 사진에서 미세간극을 측정하여 비교하였다. 또한 저작으로 인한 영향을 평가해 보고자 지대주의 각 부위에서 동적하중의 시행 전과 후를 비교하였다.
- ) 이미지 프로그램을 사용하여 측정하였다. 모든 사진을 어느 지대주의 어느 부위인지 알지 못한 상태에서 무작위로 측정하였고 동적하중 시행 전 각 부위 사진에서 제일 간극이 큰 부위를 기준으로 측정하였다.
- 하지만 Steri-Oss 시스템에서 지대주와 임플란트 간의 수동적인 상태에서 적합도를 평가하고자 10Ncm의 조임력으로 연결하고 간극을 측정하여 5-9㎛의 결과를 보고한 연구도 있었다22). 본 연구에서는 실제 임상에서의 상황을 반영하고 동적하중을 가하고자 30Ncm로 연결하여 간극을 측정하였고 1-3㎛의 결과를 얻을 수 있었다.
- 연결이 완료된 임플란트-지대주 연결체를 맞춤 지그에 고정한 후 동적하중 피로시험기 MTS 810 (Material Test systems co., Minnesota, U.S.A.)을 이용하여 실험 조건에 따른 반복하중을 가하였다(Fig. 4).
- 외부육각구조 형태의 USⅡ (Osstem Co., Seoul, Korea) 티타늄 임플란트에 직접 연결되는 지대주로 티타늄, 지르코니아, UCLA plastic 지대주를 주조한 금합금 지대주를 각각 선택하여 30Ncm의 조임력으로 연결하고 sine형의 반복하중을 가하여 하중 전후의 간극을 주사전자현미경을 이용하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- , Seoul, Korea) 티타늄 임플란트를 대상으로 하였다. 이러한 임플란트 시스템 상에 기존부터 사용되어온 티타늄, 금합금 지대주와 심미적 요구의 증가로 인하여 최근 널리 사용되고 있는 지르코니아 지대주의 적합도를 주사전자현미경으로 촬영한 사진에서 미세간극을 측정하여 비교하였다. 또한 저작으로 인한 영향을 평가해 보고자 지대주의 각 부위에서 동적하중의 시행 전과 후를 비교하였다.
- 임플란트를 지그에 고정시키고 지대주를 연결한 후, torque wrench (TWMW, Osstem Co., Seoul, Korea)를 사용하여 30Ncm의 조임회전력을 가하였다.
- 임플란트와 지대주 사이의 간극을 측정하기 위해 주사전자현미경 Hitachi S-3000H (Hitachi Instruments Inc., San Jose, U.S.A.)를 동적하중 시행 전, 후 2회에 걸쳐 사용하였다(Fig. 5).
- 임플란트와 지대주가 연결이 완료된 시편에 하중 방향을 고려하여, 순측 부위를 지대주 상부에 표시하고 임플란트와 지대주 연결부위에 직선을 그려 측정부위의 기준점을 잡았다. 시작점으로부터 90°씩 회전하여 근심측, 구개측, 원심측 부위도 앞서 말한 내용과 동일하게 표시하였다.
- 동적하중이 진행되는 동안 모든 시편에서 금속관 파절, 지대주 파절, 나사 풀림 또는 파절 등은 나타나지 않았다. 주사전자현미경을 이용하여 티타늄, 지르코니아, UCLA 군을 순측, 구개측, 근심측, 원심측 부위에서 동적하중 시행 전후에 200배율과 4,000배율로 관찰하여 미세간극을 측정하였다(Fig. 7-18).
- 동적하중 시행 전 방향이 인기된 임플란트-지대주 계면을 각 시편 당 순측, 구개측, 근심측, 원심측, 총 4 부위를 촬영하였다. 촬영각도는 임플란트-지대주 연결체에 수직이 되도록 설정하였고 200배율 촬영에서 위치를 확인 후 4,000배율 촬영으로 미세간극을 확인하였다. 한 시편 당 8장, 총 168장의 주사전자현미경 사진을 촬영하였다.
- 치과용 임플란트의 피로실험에 관한 ISO 규정16)에 의거하여, 임플란트와 지대주의 장축 방향에서 30°로 하중을 받을 수 있도록 지그를 제작하였다(Fig. 3).
대상 데이터
- 1). UCLA plastic abutment는 다른 지대주의 직경 5mm, 치은 높이 3mm, 길이 8mm와 동일하게 납형 형성 후 제3형 금합금으로 통법에 의하여 주조하였다. 지대주 나사는 티타늄 합금 나사를 사용하였고 실험에 사용한 지대주의 종류와 조성은 Table Ⅰ과 같다.
- 동적하중 시행 후, 동적하중 시행 전과 동일한 방법으로 주사전자현미경 사진을 한 시편 당 8장, 총 168장을 촬영하여 미세간극을 측정하였다. 동적하중 시행 전 촬영한 사진을 출력하여 동일 시편의 동일 부위를 촬영하기 위해 이용하였다.
- 미세간극은 Adobe acrobat 8 professional(Adobe systems Inc., San Jose, U.S.A.) 이미지 프로그램을 사용하여 측정하였다. 모든 사진을 어느 지대주의 어느 부위인지 알지 못한 상태에서 무작위로 측정하였고 동적하중 시행 전 각 부위 사진에서 제일 간극이 큰 부위를 기준으로 측정하였다.
- 이에 본 연구에서는 Brånemark이 최초로 임상에 응용한 이후 현재 널리 사용되는 임플란트 시스템인 외부육각구조를 가진 임플란트와 지대주가 접합하는 방식의 USⅡ (Osstem Co., Seoul, Korea) 티타늄 임플란트를 대상으로 하였다.
- 임플란트는 외부육각구조 형태 USⅡ Ø3.75 × 11.5mm (Osstem Co., Seoul, Korea)의 티타늄 임플란트를 21개 사용하였고, 티타늄 지대주로는 Cement abutment (Osstem Co., Seoul, Korea), 지르코니아 지대주로는 ZioCera abutment (Osstem Co., Seoul, Korea)와 주조 금합금 지대주로는 UCLA plastic abutment (Osstem Co., Seoul, Korea)를 각 군당 7개씩 사용하였다(Fig. 1).
- UCLA plastic abutment는 다른 지대주의 직경 5mm, 치은 높이 3mm, 길이 8mm와 동일하게 납형 형성 후 제3형 금합금으로 통법에 의하여 주조하였다. 지대주 나사는 티타늄 합금 나사를 사용하였고 실험에 사용한 지대주의 종류와 조성은 Table Ⅰ과 같다.
- 촬영각도는 임플란트-지대주 연결체에 수직이 되도록 설정하였고 200배율 촬영에서 위치를 확인 후 4,000배율 촬영으로 미세간극을 확인하였다. 한 시편 당 8장, 총 168장의 주사전자현미경 사진을 촬영하였다.
데이터처리
- )를 사용하여 통계분석하였다. 지대주 종류 별로 미세간극을 비교하기 위해 일원배치 분산분석 (one-way ANOVA)을 사용하였고, 하중 전후 미세간극의 변화를 비교하기 위해 paired T-test를 사용하였으며, 사후검정에는 95% 유의 수준에서 Tukey test를 사용하였다.
성능/효과
- 1. 하중 전과 후의 미세간극을 각 부위에서 비교한 결과 순측, 구개측, 근심측, 원심측에서 동적하중으로 인한 통계적 유의성은 없었다.
- 2. 지대주 종류에 따른 미세간극을 동적하중 시행 전에 비교한 결과 UCLA 군과 티타늄 군, UCLA 군과 지르코니아 군 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- 3. 지대주 종류에 따른 미세간극을 동적하중 시행 후에 비교한 결과 동적하중 시행 전과 동일하여, UCLA 군과 티타늄 군, UCLA 군과 지르코니아 군 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- One-way ANOVA와 Tukey test로 분석한 결과, 동적하중 전과 후 모두 UCLA 군과 티타늄 군, UCLA 군과 지르코니아군 사이에 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
- 주사전자현미경을 이용하여 동적하중 전후로 각 시편의 미세간극을 부위별로 관찰한 결과를 Table Ⅱ에 나타내었다. 동적하중 전후의 미세간극을 paired T-test로 비교분석한 결과 순측, 구개측, 근심측, 원심측 부위 모두에서 티타늄 군의 미세간극은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았고, 지르코니아 군과 UCLA 군도 동적하중 전후에 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 이 연구의 결과로서 UCLA 지대주는 주조 과정에서 발생되는 오차로 인하여 정밀 연삭된 티타늄, 지르코니아 지대주보다 더 큰 미세간극을 보였다. 또한 105회 반복하중 하에서 동적하중은 임플란트-지대주 계면의 미세간극에 영향을 미치지 않았으며 심미적 목적을 가진 지르코니아 지대주도 통상적으로 사용되어 온 금속 지대주와 마찬가지로 임플란트와의 적합도에 유의한 영향을 받지 않았다. 따라서 지르코니아 지대주는 심미적인 장점을 가지고 있을 뿐 아니라 기능 적인 면에서도 만족스러운 결과를 보여 전치부 심미 수복에 성공적으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 이 연구의 결과로서 UCLA 지대주는 주조 과정에서 발생되는 오차로 인하여 정밀 연삭된 티타늄, 지르코니아 지대주보다 더 큰 미세간극을 보였다. 또한 105회 반복하중 하에서 동적하중은 임플란트-지대주 계면의 미세간극에 영향을 미치지 않았으며 심미적 목적을 가진 지르코니아 지대주도 통상적으로 사용되어 온 금속 지대주와 마찬가지로 임플란트와의 적합도에 유의한 영향을 받지 않았다.
- 이번 연구에서 동적하중이 30° 경사 하중으로 수행된 이유는 임상적으로 순측과 구개측 부위에 발생되는 압축력과 인장력이 미세간극에 영향을 미치는지 알아보기 위해서였으나 실험결과 티타늄, 지르코니아, UCLA 지대주 모두 동적하중으로 인한 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 한편, 본 연구의 진행 중에 주사전자현미경 사진에서 임플란트와 지대주의 체결 전에는 나타나지 않다가 체결 직후 임플란트-지대주 계면 상에 돌출 물질이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. EDS 성분 분석을 통하여 티타늄 막이라는 것을 확인하였고 이는 가공 과정에서 연성을 가진 금속의 edge에서 발생하는 것으로 흔히 bur라고 알려진 현상이었다.
후속연구
- 또한 105회 반복하중 하에서 동적하중은 임플란트-지대주 계면의 미세간극에 영향을 미치지 않았으며 심미적 목적을 가진 지르코니아 지대주도 통상적으로 사용되어 온 금속 지대주와 마찬가지로 임플란트와의 적합도에 유의한 영향을 받지 않았다. 따라서 지르코니아 지대주는 심미적인 장점을 가지고 있을 뿐 아니라 기능 적인 면에서도 만족스러운 결과를 보여 전치부 심미 수복에 성공적으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 는 동적하중 시행 전후 모두 세라믹 지대주가 티타늄 지대주보다 더 큰 미세간극을 보이지 않았다고 보고하였다. 본 연구에서도 티타늄 지대주와 지르코니아 지대주의 미세간극 비교 결과 유의한 차이를 보이지 않아 세라믹 지대주가 임상에서 적절히 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 하지만 지르코니아는 통상적으로 사용되는 금속에 비하여 취성이 크고 절삭이 어려우며 aging에 의한 상변화 가능성, 불투명한 색상 등과 같은 한계가 존재하므로 이에 대한 더 많은 연구도 이루어져야 할 것이다.
- 하지만 105회의 반복하중은 실제 임상에서 약 1개월의 단기간에 해당한다고 볼 수 있으므로 앞으로 좀 더 장기간의 하중 조건하에서의 실험이 요구되어진다고 할 수 있겠고 또한 생체 외 실험이 아닌 동물 실험 또는 지르코니아 지대주 사용 환자의 추적 연구가 이루어진다면 더욱 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 오늘날 임상에서 많이 사용되는 지르코니아 지대주의 성공 또는 실패에 연관된 이해를 돕기 위한 연구가 더욱 활발히 이루어지기를 기대해 본다.
- 이상의 결과로 볼 때, 이번 연구에서 시편의 수가 제한되었음에도 불구하고 임상에서 단일치 임플란트 수복을 위한 지대주 선택시 지르코니아 지대주를 고려하는데 참고할 만한 사항이라 생각된다. 하지만 105회의 반복하중은 실제 임상에서 약 1개월의 단기간에 해당한다고 볼 수 있으므로 앞으로 좀 더 장기간의 하중 조건하에서의 실험이 요구되어진다고 할 수 있겠고 또한 생체 외 실험이 아닌 동물 실험 또는 지르코니아 지대주 사용 환자의 추적 연구가 이루어진다면 더욱 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다.
- 이상의 결과로 볼 때, 이번 연구에서 시편의 수가 제한되었음에도 불구하고 임상에서 단일치 임플란트 수복을 위한 지대주 선택시 지르코니아 지대주를 고려하는데 참고할 만한 사항이라 생각된다. 하지만 105회의 반복하중은 실제 임상에서 약 1개월의 단기간에 해당한다고 볼 수 있으므로 앞으로 좀 더 장기간의 하중 조건하에서의 실험이 요구되어진다고 할 수 있겠고 또한 생체 외 실험이 아닌 동물 실험 또는 지르코니아 지대주 사용 환자의 추적 연구가 이루어진다면 더욱 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것이다. 오늘날 임상에서 많이 사용되는 지르코니아 지대주의 성공 또는 실패에 연관된 이해를 돕기 위한 연구가 더욱 활발히 이루어지기를 기대해 본다.
- 본 연구에서도 티타늄 지대주와 지르코니아 지대주의 미세간극 비교 결과 유의한 차이를 보이지 않아 세라믹 지대주가 임상에서 적절히 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 하지만 지르코니아는 통상적으로 사용되는 금속에 비하여 취성이 크고 절삭이 어려우며 aging에 의한 상변화 가능성, 불투명한 색상 등과 같은 한계가 존재하므로 이에 대한 더 많은 연구도 이루어져야 할 것이다.
- 이것의 완전한 제거를 위해서는 물리화학적 방법, acid etching이나 sandblast를 통해 제거할 수 있으나, 치과용 임플란트의 경우 계면에 이러한 처리를 할 경우 임플란트 구성성분 간의 일정한 결합 안정성을 확보할 수 없으므로 다른 처리 없이 기계 가공만 하게 되어 발생되는 현상이었다. 향후 이에 대해서도 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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