본 연구의 목적은 유지력을 높이기 위하여 교정용 미니 임플랜트에 표면처리를 시행하되 식립 과정의 용이성에 영향을 주지 않는 표면처리 방법을 찾기 위함이다. 교정용 미니 임플랜트를 etching, resorbable blasting media (RBM), 상부 나사산 부위만 RBM 처리를 한 hybrid 등의 3가지 방법으로 표면처리한 후 machined (표면 미처리)군과 비교하였다. 주사전자현미경과 표면 거칠기 측정기로 표면 거칠기를 비교하였으며, driving torque tester를 이용해 실험용 인공골에 교정용 미니 임플랜트를 식립하여, 식립 토크(rotational torque)와 수직력(vertical loading)의 식립 패턴을 비교하였다. Machined surface군과 비교하여 acid etching군에서는 표면 거칠기(Ra 값)가 크지 않았으나 ($p$ > 0.05), RBM군이나 hybrid군에서 표면 거칠기(Ra 값)가 유의하게 컸다 ($p$ < 0.05). 최종 식립 토크는 모든 표면처리군에서 machined군보다 컸다 ($p$ < 0.05). 최대 식립수직력은 hybrid군이 machined군이나 etched군보다 유의하게 작았으며 ($p$ < 0.05), RBM군이 가장 컸다 ($p$ < 0.05). 교정용 미니 임플랜트의 유지력을 높이기 위하여 보철용 임플랜트와 같은 방법으로 전면 표면처리를 하면 self drilling type 고유의 골 삭제기능이 저하될 수 있다. 그러나 cutting edge 일정 부위를 제외하며 적절하게 조절된 표면처리를 하면 골 삭제 능력의 큰 저하 없이 용이한 식립이 가능할 것으로 보인다.
본 연구의 목적은 유지력을 높이기 위하여 교정용 미니 임플랜트에 표면처리를 시행하되 식립 과정의 용이성에 영향을 주지 않는 표면처리 방법을 찾기 위함이다. 교정용 미니 임플랜트를 etching, resorbable blasting media (RBM), 상부 나사산 부위만 RBM 처리를 한 hybrid 등의 3가지 방법으로 표면처리한 후 machined (표면 미처리)군과 비교하였다. 주사전자현미경과 표면 거칠기 측정기로 표면 거칠기를 비교하였으며, driving torque tester를 이용해 실험용 인공골에 교정용 미니 임플랜트를 식립하여, 식립 토크(rotational torque)와 수직력(vertical loading)의 식립 패턴을 비교하였다. Machined surface군과 비교하여 acid etching군에서는 표면 거칠기(Ra 값)가 크지 않았으나 ($p$ > 0.05), RBM군이나 hybrid군에서 표면 거칠기(Ra 값)가 유의하게 컸다 ($p$ < 0.05). 최종 식립 토크는 모든 표면처리군에서 machined군보다 컸다 ($p$ < 0.05). 최대 식립수직력은 hybrid군이 machined군이나 etched군보다 유의하게 작았으며 ($p$ < 0.05), RBM군이 가장 컸다 ($p$ < 0.05). 교정용 미니 임플랜트의 유지력을 높이기 위하여 보철용 임플랜트와 같은 방법으로 전면 표면처리를 하면 self drilling type 고유의 골 삭제기능이 저하될 수 있다. 그러나 cutting edge 일정 부위를 제외하며 적절하게 조절된 표면처리를 하면 골 삭제 능력의 큰 저하 없이 용이한 식립이 가능할 것으로 보인다.
Objective: The purpose of this study was to compare self-drilling orthodontic mini-implants of different surfaces, namely, machined (untreated), etched (acid-etched), RBM (treated with resorbable blasting media) and hybrid (RBM + machined), with respect to the following criteria: physical appearance...
Objective: The purpose of this study was to compare self-drilling orthodontic mini-implants of different surfaces, namely, machined (untreated), etched (acid-etched), RBM (treated with resorbable blasting media) and hybrid (RBM + machined), with respect to the following criteria: physical appearance of the surface, measurement of surface roughness, and insertion pattern. Methods: Self-drilling orthodontic mini-implants (Osstem implant, Seoul, Korea) with the abovementioned surfaces were obtained. Surface roughness was measured by using a scanning electron microscope and surface-roughness-testing machine, and torque patterns and vertical loadings were measured during continuous insertion of mini-implants into artificial bone (polyurethane foam) by using a torque tester of the driving-motor type (speed, 12 rpm). Results: The mini-implants with the RBM, hybrid, and acid-etched surfaces had slightly increased maximum insertion torque at the final stage ($p$ < 0.05). Implants with the RBM surface had the highest vertical load for insertion ($p$ < 0.05). Testing for surface roughness revealed that the implants with the RBM and hybrid surfaces had higher Ra values than the others ($p$ < 0.05). Scanning electron microscopy showed that the implants with the RBM surface had the roughest surface. Conclusions: Surface-treated, self-drilling orthodontic mini-implants may be clinically acceptable, if controlled appropriately.
Objective: The purpose of this study was to compare self-drilling orthodontic mini-implants of different surfaces, namely, machined (untreated), etched (acid-etched), RBM (treated with resorbable blasting media) and hybrid (RBM + machined), with respect to the following criteria: physical appearance of the surface, measurement of surface roughness, and insertion pattern. Methods: Self-drilling orthodontic mini-implants (Osstem implant, Seoul, Korea) with the abovementioned surfaces were obtained. Surface roughness was measured by using a scanning electron microscope and surface-roughness-testing machine, and torque patterns and vertical loadings were measured during continuous insertion of mini-implants into artificial bone (polyurethane foam) by using a torque tester of the driving-motor type (speed, 12 rpm). Results: The mini-implants with the RBM, hybrid, and acid-etched surfaces had slightly increased maximum insertion torque at the final stage ($p$ < 0.05). Implants with the RBM surface had the highest vertical load for insertion ($p$ < 0.05). Testing for surface roughness revealed that the implants with the RBM and hybrid surfaces had higher Ra values than the others ($p$ < 0.05). Scanning electron microscopy showed that the implants with the RBM surface had the roughest surface. Conclusions: Surface-treated, self-drilling orthodontic mini-implants may be clinically acceptable, if controlled appropriately.
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제안 방법
RBM surface군은 machined type의 교정용 미니 임플랜트에 75μm 입자 크기의 calcium phosphate로 분사 처리하여 산세척하였고, etched군은 염산과 질산을 이용해 산처리하였으며, hybrid군은 cutting edge를 포함하여 thread diameter에 도달하는 부위를 제외하고 그 상부를 calcium phosphate로 분사처리 하고 산세척하여 제작하였다 (Fig 2).
Sawbones사의 폴리우레탄으로 제작된 인공골 시편에 교정용 미니 임플랜트를 구동형 토크 시험기 (driving torque tester, Osstem Implant, Seoul, Korea)를 사용해 식립하면서 식립 토크를 측정하였다. 구동형 토크 시험기는 일정 회전수를 유지하면서 0.
각 군당 10개씩의 미니 임플랜트를 driving torque tester를 이용하여 12 rpm의 회전속도로 식립하면서 식립 토크와 수직력을 측정하여 각 미니 임플랜트의 식립 깊이에 따른 식립 패턴(insertion pattern)을 구성하였다.
표면 처리된 미니 임플랜트의 표면처리 효과를 알아보기 위해 표면 거칠기 측정기(SV-3100, Mytutoyo, Kawasaki, Japan)를 사용하여 교정용 미니 임플랜트의 표면 거칠기(surface roughness)를 측정하여 비교하였다. 각 군마다 5개씩 측정하여 군 간 비교하였다.
따라서 본 연구에서는 self drilling type의 교정용 미니 임플랜트의 전체 표면을 RBM 표면 처리한 RBM군, 골 삭제 기능을 수행하는 cutting edge 부위에서 thread diameter 도달 부위까지 machined surface 로 남겨놓고 상부 나사산만 RBM 표면처리 한 hybrid군, 골 삭제 능력 유지를 위해 표면처리 심도를 낮추어 산 부식 처리만 시행한 etched군, 그리고 표면처리를 하지 않은 machined군으로 나누어 주사전자현미경과 표면 거칠기 측정기(surface roughness tester)를 이용하여 각각의 표면 거칠기(surface roughness)를 비교하고, driving torque tester를 이용해 실험용 인공골에 교정용 미니 임플랜트를 식립하여, 식립 토크(rotational torque)와 수직력(vertical loading)의 식립 패턴을 비교하여 표면처리에 따른 차이를 알아보기로 하였다.
또한 thread length인 6 mm의 최종 식립 토크(final insertion torque)와 식립 중 최대 수직력(maximum vertical load for insertion)을 각각 측정하여 군 간 비교하였다.
또한 다양한 형태의 교정력 적용이 가능하도록 골유착을 유도하여 유지력을 증가시키기 위해 보철용 임플랜트와 같이 표면처리를 시행하기도 하였다.12-14 교정용 미니 임플랜트 표면처리의 근거가 되는 보철용 임플랜트의 골유착 기전은 임플랜트의 제조에 사용되는 티타늄 표면에 형성된 산화막에 의한 것으로 알려져 있다.
주사전자현미경을 이용해 10배, 50배, 500배 배율로 관찰하였다. RBM처리군과 hybrid군은 machined 와 etching군에 비해 표면이 거칠어지고 나사산이 마모된 양상이 10배 배율에서부터 관찰되었고, etching 처리군은 500배 배율에서 표면에 다공성 구조가 관찰되어 제작 과정에서 발생한 줄무늬만 관찰 되는 machined군과 차이를 보였다(Figs 3 - 5).
측정 부위는 교정용 미니 임플랜트의 head 부위 에서부터 1 mm 하방까지 측정하였다. 표면 거칠기 측정을 위해서는 1 mm 이상의 편평한 면이 요구되기 때문이다.
표면 처리된 미니 임플랜트의 표면 변화를 보기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope [SEM], JSM-6480LV, JEOL, Japan)을 이용하여 10 배, 50배, 500배로 관찰하였다.
표면 처리된 미니 임플랜트의 표면처리 효과를 알아보기 위해 표면 거칠기 측정기(SV-3100, Mytutoyo, Kawasaki, Japan)를 사용하여 교정용 미니 임플랜트의 표면 거칠기(surface roughness)를 측정하여 비교하였다. 각 군마다 5개씩 측정하여 군 간 비교하였다.
피질골과 망상골 역할을 할 polyurethane foam (Solid Rigid Polyurethane Foam, Sawbones Washington, USA)을 cyanoacrylate 접착제를 이용해 부착하여 실험용 인공골편을 제작하였다. 피질골 부위는 1.
대상 데이터
6 mm, 나사산 길이 6 mm의 self drilling 타입의 교정용 미니 임플랜트(OSSH1606, Osstem Implant, Seoul, Korea)를 사용하였다. 소재는 Ti-6Al-4V이며 화학적 조성과 기계적 성질은 Table 1과 같으며 기본 형상과 크기는 Fig 1과 같다.
원추형태의 직경 1.6 mm, 나사산 길이 6 mm의 self drilling 타입의 교정용 미니 임플랜트(OSSH1606, Osstem Implant, Seoul, Korea)를 사용하였다. 소재는 Ti-6Al-4V이며 화학적 조성과 기계적 성질은 Table 1과 같으며 기본 형상과 크기는 Fig 1과 같다.
피질골과 망상골 역할을 할 polyurethane foam (Solid Rigid Polyurethane Foam, Sawbones Washington, USA)을 cyanoacrylate 접착제를 이용해 부착하여 실험용 인공골편을 제작하였다. 피질골 부위는 1.5 mm 두께로 하였고 망상골 부위는 30 mm 두께를 사용하였다. 재료의 물성은 Table 2와 같으며 이규격은 ASTM (American Society for Testing and Materials, 미국재료시험협회) standard specification F-1839를 준용하고 있다.
데이터처리
Machined군, etched군, RBM처리군, hybrid군의 4가지 실험군에서 표면 거칠기와 식립 토크, 식립수 직력 등을 비교하기 위하여 일원 분산 분석(one way ANOVA test)을 시행하여 유의확률 0.05로 평가하고 Duncan's multiple range test로 사후검정을 시행하였다.
반면 Rt값은 단위 길이 내의 최고점과 최저점 사이의 거리를 나타내기 때문에 먼지나 티끌 입자, 흠, 긁힌 자국, 측정 시 진동에도 영향을 받지만 거칠기 모양에 대한 정보를 제공하기 때문에 그래프를 도출하면 참고할 수 있는 자료를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 각 군 간 비교는 Ra값을 이용하였다.
이론/모형
5 mm 두께로 하였고 망상골 부위는 30 mm 두께를 사용하였다. 재료의 물성은 Table 2와 같으며 이규격은 ASTM (American Society for Testing and Materials, 미국재료시험협회) standard specification F-1839를 준용하고 있다.
2. 최종 식립 토크는 모든 표면처리군에서 machined 군보다 컸다 (p ＜ 0.05).
3. 최대 식립수직력은 hybrid군이 machined군이나 etched군보다 유의하게 작았으며 (p ＜ 0.05), RBM군이 가장 컸다 (p ＜ 0.05).
05). Etched군이 hybrid 군보다 유의하게 높은 최종 식립 토크를 보였다 (p ＜ 0.05) (Table 4, Fig 11).
표면처리 심도에 따른 표면처리 효과가 관찰되었다. RBM 표면 처리군과 hybrid 처리군의 RBM 처리 표면은 저배율인 10배와 50배 확대에서부터 표면처리를 하지 않은 machined군, etched군과 다른 양상을 보여주었는데, 10배 확대에서는 나사산의 날 부분이 무디어진 형상이 관찰되었고, 50배에서 거친 표면이 관찰되었으며 500배 배율에서는 3차원적으로 불규칙한 구조가 형성된 것을 보여주었다. 반면, etched군의 경우 10배와 50배 확대에서는 machined surface와 차이점이 없었으며 500배에서 미세한 거친 면이 관찰되었다.
RBM군이나 hybird군이 machined군이나 etched군보다 유의하게 더 거친 표면을 보였다 (p ＜ 0.05). (Table 3, Figs 6 and 7).
주사전자현미경을 이용해 10배, 50배, 500배 배율로 관찰하였다. RBM처리군과 hybrid군은 machined 와 etching군에 비해 표면이 거칠어지고 나사산이 마모된 양상이 10배 배율에서부터 관찰되었고, etching 처리군은 500배 배율에서 표면에 다공성 구조가 관찰되어 제작 과정에서 발생한 줄무늬만 관찰 되는 machined군과 차이를 보였다(Figs 3 - 5).
따라서 내식성과 강도가 강한 Ti-alloy를 사용해 제조된 교정용 미니 임플랜트도 보철용 임플랜트 제조에 사용되는 CP-Ti (commercially pure titanium)과 같은 방식의 표면처리에 표면이 거칠어지는 것을 알 수 있었다. 그러나 Ti-alloy의 경우 강도를 높이기 위해 첨가된 금속으로 인해 골유착능력이 저하되고 장기적으로는 골 흡수의 원인이 될 수 있다는 지적이 있다.
또, Cho12는 beagle dog의 경골에 미니 임플랜트를 식립한 연구에서 SLA 표면처리된 임플랜트의 거친 표면이 혈액의 활막 현상을 만들어내서 인접 골과의 마찰을 줄여주는 역할을 한다고 하였다. 따라서 본 실험에서의 마찰에 의한 식립 토크의 증가는 실제 골에서는 일어나지 않을 가능성이 높다.
반면, 식립 토크는 thread diameter 도달 부위까지 상승하다가 thread diameter 도달 이후 미니 임플랜 트의 thread dimeter가 유지되는 cylinder 형태의 구간을 지나는 동안은 완만한 형태를 보였으며 그 이후 초기 유지력 증강을 위해 thread diameter 증가와 나사산의 날을 무디게 만든 부위에 이르러 경사를 보이면서 최종 식립 토크에 도달하는 형상을 보였다. 각 군의 평균 식립 토크 패턴과 식립수직력 패턴은 Figs 8 - 10과 같다.
본 실험에 사용된 구동형 토크 시험기는 삽입이 이루어질 때까지 자동으로 식립수직력을 조절하는 동시에 식립에 필요한 수직력을 측정할 수 있었다. 이는 이전의 식립 토크에 관한 연구에서 단순히 무게 추를 달아 하중을 가하면서 관통력을 발생시켜 식립 토크를 측정하는 것과는 차이점이 있었다.
최대 식립수직력은 RBM군이 다른 세 군에 비해 유의하게 높았다 (p ＜ 0.05). 또한 machined군이나 etched군이 hybrid군보다 유의하게 컸다 (p ＜ 0.
최종 식립 토크는 machined군이 다른 군들에 비해 유의하게 낮았다 (p ＜ 0.05). Etched군이 hybrid 군보다 유의하게 높은 최종 식립 토크를 보였다 (p ＜ 0.
실험에 사용된 교정용 미니 임플랜트의 thread length인 6 mm의 식립 깊이에 따른 식립 토크와 식립수직력의 변화를 볼 수 있었다. 최종 식립 토크는 표면 처리되어 거친 면을 가진 군들이 마찰에 의해 machined군보다 높은 식립 토크를 갖게 될 것으로 예상되었는데 실험 결과 역시 machined군에 비해 최종 식립 토크가 유의성 있게 높게 관찰되었다.
표면 거칠기 측정 결과 machined와 etched군은 차이를 보이지 않았으며 RBM군과 hybrid군의 RBM 처리 부분은 machined surface에 비해 상대적으로 높은 Ra값을 가지는 것을 볼 수 있었다. 이것은 주사 전자현미경의 관찰과 일치하는 결과로 볼 수 있었다.
Self drilling type의 교정용 미니 임플랜트를 식립할 때 초기에 수직력을 부여하지 않으면 피질골을 관통할 수 없고 제자리에서 회전만 일어나게 될 것이다. 표면처리를 하게 될 경우 삭제 날의 마모가 일어나 식립할 때 필요한 수직력이 증가될 것이 예상되었는데 실험 결과 역시 RBM 군이 다른 군들에 비해 유의성 있게 높은 최대 식립수직력이 관찰되었다.
후속연구
그러나 Ti-alloy의 경우 강도를 높이기 위해 첨가된 금속으로 인해 골유착능력이 저하되고 장기적으로는 골 흡수의 원인이 될 수 있다는 지적이 있다.20 그러므로 표면처리효과가 골 유착능력 증가로 이어질지에 대해서는 동물실험 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
반면 etched군은 hybrid군에 비해 높은 최대 식립수직력을 보였는데 이는 hybrid군이 RBM 처리 부분으로 이행되면서 마모에 의한 외경 감소 부위에 진입하는 것이 원인인 것으로 생각된다. 그러나 외경의 증가, 감소와 식립수직력의 관계에 대해서는 연구된 바 없기 때문에 이에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
본 실험에 사용된 etched군은 전체를 표면처리한 RBM군에 비해 표면 거칠기가 적고, hybrid군은 RBM군에 비해 표면처리 면적이 적기 때문에 etched군이나 hybrid군처럼 삭제 날의 형태가 유지된 표면처리형 self drilling type의 교정용 미니 임플랜트가 골 유착능력을 보유하여 machined type에 비해 높은 유지력을 가질 수 있을지에 대해서는 추가적인 동물실험과 임상실험이 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교정용 미니 임플랜트 시술의 실패에는 어떤 원인들이 있는가?
2-4 이렇게 비교적 높은 성공률에도 불구하고 교정용 미니 임플랜트 시술은 종종 다양한 원인으로 실패한다. 교정용 미니 임플랜트 시술의 실패에는 조기탈락, 임플랜트의 파절, 치근손상, 감염 등이 있을 수 있으며, 이러한 실패를 예방하기 위해 세심한 고려가 필요하다.5,6
self drilling type의 미니 임플랜트에 표면처리는 어떤 장점이 있는가?
표면 처리된 self tapping 방식의 교정용 미니 임플랜트의 단점을 개선하기 위해 self drilling type의 미니 임플랜트에 표면처리를 하는 것을 생각해 볼수 있다. Self drilling type의 교정용 미니 임플랜트에 표면처리를 하게 된다면 드릴링을 시행하지 않고 식립할 수 있어 초기 고정이 좋다는 장점이 있을수 있지만 골 삭제 기능을 수행하는 cutting edge 부위 역시 표면처리 과정 중에 형태 변화가 일어나 골삭제 기능을 저하시킬 가능성이 있다.
보철용 임플랜트의 표면처리 방법에는 무엇이 있는가?
보철용 임플랜트의 표면처리 방법은 titanium plasma-spraying, grit-blasting, acid-etching, anodization, calcium phosphate coating이 있으며 이들 모두가 표면처리를 하지 않은 machined surface에 비해 골유착이 잘 일어나는 것으로 알려져 있다.17 이들 처리 방법 중, 일반적으로 적용되는 보철용 임플랜트의 표면처리 방법은 grit-blasting 처리 후에 산세척하는 방법으로, sandblasted large grit and acid-etched (SLA) 처리법과 resorable blasting media (RBM) 처리법이 있다.
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