세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능
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(2) 서충환, 장나영, 채종문, 조진형, 김상철, 강경화. 수 있다고 보고하였다. 레이저를 이용한 브라켓 제 거의 메커니즘은 Tocchio 등10에 의해 기술되었으며, 그들은 열연화(thermal softening), 열융제(thermal ablation), 광융제(photo ablation) 현상으로 세라믹 브라 켓이 레이저 조사 중에 탈락하거나, 적은 힘으로 제 거가 가능해진다고 하였다. 세라믹 브라켓 제거 실험에 사용된 레이저는 CO2 레이저9,11-14와 Nd:YAG 레이저9,10,15,16였다. CO2 레이 저는 치아에 긴 조사 시간과 낮은 에너지로 적용되 17,18 면 탄화와 잔금을 일으킬 수 있으며, 세라믹 브 라켓에 잘 흡수되는 성질이 있어 제거 과정에서 브 라켓과 치아를 뜨겁게 한다.16 Nd:YAG 레이저는 침 17,19 투율이 깊어 연조직에 사용하는 경우에 조직이 식을 시간을 길게 줘야 하며,18,19 특히 치아에 레이 저를 사용하는 경우는 흡수율이 낮아 깊게 침투하 19,20 여 치수까지 열이 전달될 위험성이 있다. 치과용 레이저로서 가장 최근에 소개된 Erbiumdoped Yttrium Aluminium Garnet (Er:YAG) 레이저는 기존의 레이저에 비해 낮은 침투율을 보이며, 짧은 펄스, 강한 에너지의 특징을 가지고 있다.17 세라믹 브라켓 제거에서 Erbium 계열 레이저를 이용한 연 구는 보고되지 않고 있다. Er:YAG의 장점을 이용하 여 치아에 유해한 작용 없이 접착제를 붕괴시킬 수 있다면, 세라믹 브라켓 제거 시에 환자의 불편감은 줄어들 것이고, 브라켓 파절, 법랑질의 파절과 균열 의 위험도 낮아질 것으로 기대할 수 있다. 따라서 본 연구의 목적은 Er:YAG 레이저를 세라믹 브라켓 에 조사한 후 브라켓 제거 시 전단 강도를 측정하 여, 레이저 조사가 세라믹 브라켓 제거에 도움이 되 는지 알아보고, 또한 이렇게 적용된 Er:YAG 레이저. 대치교정지 39권 4호, 2009년. 가 치수와 법랑질에 손상을 주는지 알아보고자 한 다.. 연구방법 연구재료 교정 치료를 위해 발거된 총 190개의 건전한 상 악 혹은 하악 소구치를 실험에 사용하였다. 발거 직 후 흐르는 물로 혈액이나 타액 등 기타 이물질을 씻 고 부착된 연조직을 제거한 후, 감염 방지를 위해 0.5% Chloramine T 용액에서 7일간 보관하고 증류 21 수에 넣어 냉장고에서 보관하였다. 세균의 증식을 최소화하기 위해 일주일에 한 번씩 증류수를 교환 하였다. 실험에는 단결정 세라믹 브라켓인 MISO (HT Co., Ansan-Si, Korea)와 다결정 세라믹 브라켓인 Transcend series 6000 (3M Untek, Monrovia, CA, USA)을 사용하였고, 모두 0.022 × 0.028 인치 상악 소구치 브라켓이었으며, 기계적 결합을 하는 베이스를 가 지고 있었다. 접착제는 Transbond XT (3 M Untek)를 사용하여 소구치 협면에 접착하였다. 실험에 사용 한 레이저는 최대 출력 6 W, 2,940 nm의 파장을 갖 는 KEY Laser3 (KavoDental, Biberach, Germany)를 사용하였다. 레이저 전달장치는 10 - 15 mm에서 초 점이 잡히는 비접촉식 2060 핸드피스를 사용하였으 며, 비접촉식 핸드피스와 브라켓 간에 일정한 거리 (12.5 mm)를 유지하기 위해 0.016 × 0.022 인치 스 테인리스 스틸 와이어와 자가 중합 레진을 이용하 여 레이저 조사 장치를 제작하였다 (Fig 1A).. Fig 1. A, Laser delivery device with laser focusing guide; B, lasing point (★); C, tooth cross-section. Thermocouple point (T) and lasing point (★). The lasing direction is perpendicular to the slot base.. 214.
(3) Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod. 세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능. 연구방법. 레이저 조사 후 브라켓 제거 시 전단 강도 측정. 시편 제작과 실험군 설정. 레이저 조사 부위는 각 브라켓당 두 곳으로 근심 과 원심 윙 부위 슬롯에 수직으로 1펄스씩 총 2 펄 스를 조사하였다 (Fig 1B and C).16 사용된 레이저 에너지는 0, 140, 300, 450, 600 mJ이었다. 전단 강도 측정은 실온에서 수행되었으며, 500 N의 load cell이 부착된 만능시험기(Zwick Z020, Ulm, Einsingen, Germany)로 수행하였고, crosshead 속도는 1 mm/min 21 이었다.. 레이저 조사 후 전단 강도 측정을 위해, 총 150개 의 치아를 직경 30 mm, 높이 25 mm의 polyvinyl chloride tube에 치아의 협측면이 수직으로 놓이도록 치과용 초경석고로 매몰하였다.21 매몰 후에 불소가 함유되지 않은 퍼미스와 러버컵을 이용하여 15초 간 치면 세마를 시행하였다. 브라켓 종류(M군-단결 정 세라믹 브라켓, P군-다결정 세라믹 브라켓)와 레 이저 에너지(140, 300, 450, 600군)에 따라 실험군을 8개로 분류하였으며, 레이저를 조사하지 않은 2개 군을 대조군으로 하였다 (Table 1). 각 군당 15개의 시편을 무작위로 배정하고 지정된 브라켓을 제조사 에서 권장하는 방법으로 치아의 협면에 접착하였 다. 전단 강도 측정 시에 만능시험기의 실험날에 의 해 브라켓에 토크가 발생하지 않도록 시편의 바닥 o 면을 트리머로 갈아서 조정하였다. 각 시편은 37 C, 100% 상대 습도에서 24시간 보관 후 실험에 사용하 였다. 레이저 조사에 의한 열 효과를 알아보기 위해 총 40개의 소구치를 사용하였다. 치아의 협측 백악법 랑 경계의 하방 5 mm에서 치근을 잘라내고 근관 치료 기구를 이용하여 치수를 제거하고, 열전대 (thermocouple)를 넣을 수 있도록 치관쪽으로 근관 을 형성하였다. 각 군당 5개의 시편을 무작위로 배 정하고, 브라켓을 소구치 교두정에서 4.5 mm 부위 에 제조사에서 권장하는 방법에 따라 접착하였다. 각 시편은 실험에 사용되기 전까지 37oC, 100% 상 대 습도에 보관하였다.. 레이저 조사에 의한 열 효과 측정 레이저 조사에 의한 열 효과 측정은 바람이 없는 실내(27.2 ± 0.36oC)에서 수행하였다. 온도 변화는 브라켓 하방 법랑질과 치수강에서 측정되었다. 브 라켓 하방의 법랑질 온도 변화를 측정하기 위해, 고 속 회전 1/2 라운드 버를 이용하여 브라켓 하방 법 랑질을 삭제 후 0.127 mm K-type 열전대(K-type thermocouple, Daekwang Inc., Seoul, Korea)를 삽입하 였다 (Fig 1C). 법랑질과 열전대 사이의 미세한 빈 공간은 써멀 컴파운드(thermal compound)로 채워졌 다. 치수강의 온도 변화 측정은 10% 젤라틴 용액 (Gelatin, Wako pure chemical, Tokyo, Japan)을 치수 강에 주입한 후, 0.127 mm K-type 열전대를 삽입하 여 측정하였다 (Fig 1C). 레이저 조사는 1초 간격으로 2펄스를 조사하였다 (1 Hz). 레이저 조사 시에 물이나, 바람을 분사하지 않았다. 레이저 조사에 의한 온도 변화는 1초의 샘 플링 속도를 갖는 2채널 디지털 온도계(DTM-318, TECPEL, Taipei, Taiwan)를 이용하여 측정하였고, 측정한 온도 변화는 실시간으로 컴퓨터에 저장되었 다.. Table 1. Control and experimental groups Group. Bracket type. CM M140 M300 M450 M600. Laser energy (mJ) 0. Monocrystalline bracket (MISO). Group. Bracket type. CP. 140. P140. 300. P300. 450. P450. 600. P600. Laser energy (mJ) 0. Polycrystalline bracket (Transcend). 140 300 450 600. CM, Control group of monocrystalline bracket; CP, control group of polycrystalline bracket.. 215.
(4) 서충환, 장나영, 채종문, 조진형, 김상철, 강경화. 대치교정지 39권 4호, 2009년. 접착제 잔류 지수 평가와 레이저 조사에 의한 접착 제와 법랑질 표면의 변화 관찰 레이저를 조사하고 전단 강도 측정 후에 치면에 남아 있는 접착제의 양을 10배의 광학현미경(Axiotech microscope, Carl Zeiss, Jena, Germany)으로 관찰 하였다. 접착제 잔류 지수(adhesive remnant index, ARI)3를 이용하여 1 - 5의 점수를 부여하였다; 1. 모 든 접착제가 치면에 남아 있음; 2. 접착제가 치면에 90% 이상 남아 있음; 3. 접착제가 치면에 10 - 90% 이하 남아 있음; 4. 접착제가 치면에 10% 이하로 남 아 있음; 5. 접착제가 치면에 남아 있지 않음. 접착 제 잔류 지수 평가는 한 명의 관찰자에 의해 시행되 었고, 2주 간격으로 재평가되었다. 레이저 조사에 의한 접착제의 파괴 양상과 법랑질 표면의 변화를 관찰하기 위하여, 주사전자현미경 (JSM-6360, JEOL, Tokyo, Japan)을 이용하였다. 대상 은 레이저 조사 후 전단 강도 측정에서 유의한 차이 를 보이는 군으로 정하였으며, 시편은 전단 강도 측 정에 사용된 시편 중에 대표적인 것을 선정하였다. 법랑질 표면에 남아있는 접착제 표면을 관찰하기 위하여 다이아몬드 디스크로 치경부에서 치관을 잘 랐다. 법랑질과 접착제의 단면을 관찰하기 위하여 시편을 다이아몬드 디스크를 이용하여 레이저 조사 방향으로 치아를 수평면으로 절단하고 흐르는 물에 서 600, 1,000 grit size의 실리콘 카바이드 페이퍼 (silicon carbide paper)로 연마 후 관찰하였다. Table 2. Comparison of shear bond strength values (MPa) at various amount of laser energy levels on each type of bracket. 통계처리 SPSS version 12.0 (SPSS, Chicago, IL, USA)을 이 용하여 브라켓의 종류, 조사된 레이저의 에너지에 따른 전단 강도에 대한 효과를 평가하기 위해서 평 균과 표준편차를 구하고 ANOVA 및 사후검정(Duncan's multiple range test)으로 각 군 간 비교하였다. 그리고 레이저에 의한 열 효과를 평가하기 위하여, 각 군의 평균과 표준편차, 최고값을 구하였고, ANOVA 및 사후검정(Duncan's multiple range test)으 로 각 군 간 비교하였다. 또한 접착제 잔류 지수를 비교하기 위해 각 브라켓별로 교차분석(χ2-test)을 시행하였다.. 연구성적 레이저 조사 후 브라켓 제거 시 전단 강도 측정 CM군과 M140군에 비하여 M300군에서 유의하게 낮은 전단 강도를 보였으며, M450과 M600군에서 가장 낮은 전단 강도를 보였다 (p ＜ 0.001) (Table 2, Fig 2). CP, P140, P300군에 비하여 P450군에서 유 의하게 낮은 전단 강도를 보였으며, P600군에서 가 장 낮은 전단 강도를 보였다 (p ＜ 0.001) (Table 2, Fig 2).. 레이저 조사에 의한 열 효과 측정 모든 세라믹 브라켓군에서 브라켓 하방의 법랑질 과 치수강의 온도가 레이저의 에너지 증가에 따라 유의하게 상승하였으며 600 mJ 에너지군에서 온도. Shear bond strength (MPa) Group. Mean ± SD. Group CP. 23.7897 ± 4.3635A. a. P140. 23.5283 ± 3.2813A. M300. 2.1963 ± 1.3758b. P300. 23.4511 ± 2.7997A. M450. 0.0837 ± 0.2347c. P450. 10.3898 ± 4.8650B. M600. c. 0.0053 ± 0.0160. P600. 1.0364 ± 1.8335C. 175.503*. F-value. 123.877*. CM M140. F-value. 11.1520 ± 2.1255a. Mean ± SD. 10.7414 ± 2.6781. The same abbreviation as Table 1. SD, Standard deviation. *p ＜ 0.001. Entries with the same superscripted letter were not significantly different at p ＜ 0.001.. 216. Fig 2. Shear bond strength values (MPa) at various amounts of laser energy on each type of bracket..
(5) Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod. 세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능. Table 3. Comparison of temperature change (oC) at various amount of laser energy levels on the monocrystalline bracket group Group M140. Enamel under the bracket o. Mean ± SD ( C) a. 0.58 ± 0.17. T (sec). 0.8. 2.8. Mean ± SD (oC). Max (oC). T (sec). A. 0.2. 12.6. B. 0.16 ± 0.05. 2.0. 3.0. 0.36 ± 0.13. 0.5. 13.2. c. 3.0. 3.2. 0.76 ± 0.13C. 0.9. 19.8. 2.4. C. 1.2. 22.2. 1.54 ± 0.35. M450. 2.54 ± 0.58. F-value. Max ( C). Intrapulpal space. b. M300 M600. o. d. 3.78 ± 0.76. 4.9. *. 0.90 ± 0.20 *. 34.514. 29.932. SD, Standard deviation; Max, maximum; T, average time to reach maximum temperature (second). *p ＜ 0.05. Entries with the same superscripted letter were not significantly different at p ＜ 0.05. Table 4. Comparison of temperature change (oC) at various amount of laser energy levels on the polycrystalline bracket group Group P140. Enamel under the bracket o. Mean ± SD ( C) a. 0.68 ± 0.16. o. Max ( C). Intrapulpal space T (sec). 0.9. 4.4. Mean ± SD (oC). Max (oC). T (sec). A. 0.5. 15.4. B. 0.38 ± 0.13. P300. b. 1.80 ± 0.25. 2.2. 2.8. 0.66 ± 0.11. 0.8. 19.4. P450. 2.42 ± 0.47c. 2.8. 3.6. 0.84 ± 0.11C. 1.0. 16.6. P600. d. 2.6. C. 1.1. 17.0. F-value. 3.36 ± 0.42. 4.0. *. 50.858. 0.90 ± 0.15 *. 16.029. SD, Standard deviation; Max, maximum; T, average time to reach maximum temperature (second). *p ＜ 0.05. Entries with the same superscripted letter were not significantly different at p ＜ 0.05.. Fig 3. Temperature change (oC) at various amounts of laser energy on each type of bracket. A, Monocrystalline bracket; B, polycrystalline bracket.. 가 가장 높았다 (p ＜ 0.05) (Tables 3 and 4, Fig 3). 최고 온도 도달 시간은 브라켓 하방의 법랑질에서 평균 3.10 ± 1.08초, 치수강에서 평균 17.02 ± 5.57초 에 기록되었다 (Tables 3 and 4).. 접착제 잔류 지수 평가와 레이저 조사에 의한 접착 제와 법랑질 표면의 변화 관찰 단결정 세라믹 브라켓에서 레이저 에너지에 따른. 217.
(6) 서충환, 장나영, 채종문, 조진형, 김상철, 강경화. 대치교정지 39권 4호, 2009년. 접착제 잔류 지수는 유의한 차이가 없었으며 (p ＞ 0.05), 레이저 에너지에 상관없이 치면에 모든 접착 제가 남아 있는 경우가 많았다 (Table 5, Fig 4A). P 군에서 P600군은 CP군에 비해 유의하게 치면에 접 착제가 많이 남아 있었다 (p ＜ 0.05) (Table 5, Fig. 4B). M300, M450, M600군과 P450, P600군에서 대표적 인 시편을 선정하였다. 법랑질 표면에 남아 있는 접 착제에서 약 100 - 500μm 직경의 분화구 모양의 구덩이가 관찰되었다 (Figs 5A, D, G and 6A, D). 이. Table 5. Residual adhesive ratings of the monocrystalline and polycrystalline bracket groups according to the adhesive remnant index (ARI) Group. N. CM. ARI scores* (%) 1. 2. 3. 4. 5. 15. 14 (93.3). 1 (6.7). -. -. -. M140. 15. 15 (100). -. -. -. -. M300. 15. 15 (100). -. -. -. -. M450. 15. 15 (100). -. -. -. -. M600. 15. 13 (86.7). 1 (6.7). 1 (6.7). -. -. 2. χ = 7.222; p = 0.513; df = 8 a. CP. 15. 2 (13.3). 3 (20.0). 4 (26.7). 2 (13.3). 4 (26.7). P140. 15. 5 (33.3). 3 (20.0). 4 (26.7). 2 (13.3). 1 (6.7). P300. 15. 4 (26.7). 2 (13.3). 3 (20.0). 6 (40.0). -. P450 b. P600. 15. 7 (46.7). 4 (26.7). 3 (20.0). 1 (6.7). -. 15. 10 (66.7). 2 (13.3). 1 (6.7). 2 (13.3). -. χ2 = 27.489; p = 0.036; df = 16 *. Adhesive remnant index scores were: 1, All adhesive remaining on the tooth; 2, more than 90% of the adhesive. remaining on the tooth; 3, more than 10% but less than 90% of the adhesive remaining on the tooth; 4, less than 10% of the adhesive remaining on the tooth; 5, no adhesive remaining on the tooth.. a, b. : ARI score of group ‘CP’ was. significantly different from group ‘P600’ (p ＜ 0.05).. Fig 4. Graph of residual adhesive ratings according to the adhesive remnant index (ARI). A, Monocrystalline bracket; B, polycrystalline bracket.. 218.
(7) Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod. 세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능. Fig 5. SEM images of debonding remnant adhesives and tooth of 'Monocrystalline bracket' group. A-C, Group M300; D-F, group M450; G-I, group M600. A and D and G, Remnant adhesive surface on tooth, after laser debonding. Ablated volcano-like hollow was observed (arrow) (original magnification × 30, scale bar: 500μm); B and E and H, low power SEM image of adhesive-enamel interface, a cross-section view (original magnification × 35, scale bar: 500 μm, e = enamel, r = remnant adhesive); C and F and I, higher magnification of the box shown in B & E & H in cross-sectional view. Ablated volcano-like hollow was also observed. Enamel damage about 10 - 30μm (▲) (original magnification × 150, scale bar: 100μm, e = enamel, r = remnant adhesive).. 구덩이의 형태는 브라켓 베이스 쪽은 넓고 법랑질 표면쪽으로 갈수록 좁아지는 형태이며, 레이저 강 도가 증가함에 따라 더욱 명확하게 관찰되었다. 법 랑질과 접착제 단면 관찰에서도 접착제 표면이 레 이저에 의해 붕괴되어 분화구 모양의 구덩이로 관 찰되었다 (Figs 5B, C, E, F, H, I and 6B, C, E, F). 법랑질과 접착제 단면 관찰에서, 약 10 - 30μm의 법랑질 손상이 관찰되었다. 이런 손상은 M450, M600군 (Fig 5F, I)에서 그리고 P450, P600군 (Fig 6C, F)에서 관찰되었다.. 고찰 접착제와 반응하지 않는 세라믹의 특성 때문에 제조사는 브라켓의 부착에만 관심을 기울였고, 베 이스에 화학적 결합을 유도하는 실란(silane) 등의 화학적 처리나 너무 과도한 기계적 결합을 유도하 는 부적절한 베이스 처리로 인해 세라믹 브라켓은 1,4 강한 결합 강도를 가지게 되었다. 이로 인해 임상 에서 세라믹 브라켓 제거 시 강한 결합 강도로 인해 어려움을 겪는 경우가 있다. 이런 경우 임상가는 플 라이어를 이용하여 결합 강도보다 강한 힘으로 브 라켓을 제거하거나, 많은 시간을 할애하여 고속 회. 219.
(8) 서충환, 장나영, 채종문, 조진형, 김상철, 강경화. 대치교정지 39권 4호, 2009년. Fig 6. SEM images of debonding remnant adhesives and tooth of 'Polycrystalline bracket' group. A-C, Group P450; D-F, group P600. A and D, Remnant adhesive surface on tooth, after laser debonding. Ablated volcano-like hollow was observed (arrow). Note that remnant adhesives on the tooth have partially exfoliated (original magnification × 30, scale bar: 500μm); B and E, low power SEM image of adhesive-enamel interface, a cross-sectional view (original magnification × 35, scale bar: 500μm, e = enamel, r = remnant adhesive); C and F, higher magnification of the box shown in B & E in cross-sectional view. Ablated volcano-like hollow was also observed. Enamel damage about 10 - 30μm (▲) (original magnification × 150, scale bar: 100μm, e = enamel, r = remnant adhesive).. 전 다이아몬드 버를 이용하여 브라켓을 갈아서 제 1 거해야 할 것이다. 이렇게 강한 결합 강도를 보이 는 브라켓을 전통적인 술식으로 제거하는 경우, 일 반적인 검사나 구강 내 사진으로는 손상이 보이지 않더라도, 빛 투과 기술(transillumination)을 이용하 면 법랑질의 손상을 쉽게 발견할 수 있다.22 빛 투과 기술로 관찰하면, 세라믹 브라켓의 제거 후 법랑질 균열 발생률은 거의 50%에 달하는 것으로 알려져 있다.22 이런 이유로 세라믹 브라켓을 보다 용이하 고 안전하게 제거하기 위한 방법이 연구되어 왔으 3-8 나 임상적으로 유용하지 않았다. 본 연구는 하루 가 다르게 발전하는 레이저 기술을 바탕으로 세라 믹 브라켓의 장점인 빛을 투과하는 성질을 이용하 여 세라믹 브라켓의 단점인 강한 결합 강도를 극복 하려 하였다. 레이저를 이용한 브라켓 제거의 메커니즘은 1993 10 년 Tocchio 등 에 의해 기술되었는데, 그들은 3가지 방법으로 접착제가 붕괴될 수 있다고 하였다. 첫 번 째로 열연화(thermal softening)는 레이저가 조사되면 세라믹 브라켓이 레이저의 에너지를 흡수하여 레이. 220. 저의 에너지가 열에너지로 바뀌게 되고, 이 열이 전 파되어 브라켓 베이스의 접착제를 연화시켜 적은 힘으로 브라켓 제거가 가능하게 하는 것이다. 두 번 째로 열융제(thermal ablation)는 접착제가 열연화 되 기 전에 기화할 정도로 온도가 빠르게 상승할 때 일 어나는 현상으로 열융제로 생성된 가스 압력이 브 라켓을 탈락시킨다. 접착제에는 물이나 잔여 모노 머 같은 즉시 기화하는 물질이 포함되어 있기 때문 에 레이저의 에너지가 충분하면 한 번의 펄스로 열 융제를 유도할 수 있다고 하였다. 마지막으로 광융 제(photo ablation)는 매우 강한 레이저로 인해, 접착 제 원자 사이의 결합에너지가 분열에너지 수준 이 상으로 상승할 때 일어난다. 이때도 열융제와 마찬 가지로 브라켓은 폭발하듯 치면에서 떨어지게 된 다. 접착제와 같이 빛을 통과시키는 투명한 물체가 레이저에 반응하여 붕괴되는 현상은 Chirila 등23에 의해 기술되었으며, 투명한 재료에 강한 에너지의 빛이 적용되면, 원자 수준에서 구조적 변화를 야기 하고, 빛의 흡수가 크게 증가하여 융제가 일어날 수 있다고 하였다(laser-induced chemical effect)..
(9) Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod. Er:YAG 레이저를 이용한 본 연구의 브라켓 제거 메커니즘은 열융제 또는 광융제인 것으로 생각된 다. 레이저가 조사된 접착제 표면을 보면 접착제가 융제되어 구덩이가 형성된 것을 관찰할 수 있다 (Figs 5 and 6). 이러한 접착제의 융제는 브라켓과 접착제 계면에서 가스 압력을 빠르게 축적시키고, 이 압력에 의해서 브라켓이 떨어지거나 결합 강도 가 낮아지게 되는 것이다.10 본 실험에서도 M450군 에서 12개, M600군에서 13개, P600군에서 3개의 브 라켓이 레이저를 조사하자마자 폭발하듯 떨어졌다. 이때 브라켓은 뜨겁지 않은 상태로, 열연화가 아닌 융제에 의한 탈락임을 뒷받침해주었다.10 또한, Chi23 rila 등 은 레진과 같이 투명한 물체에서 레이저에 의한 화학적 붕괴는 역치가 존재하는 과정(threshold process)이라고 하였다. 본 실험의 전단 강도 측정에서도 대조군과 비교하여 M300군과 P450군에 서 전단 강도의 급격한 감소를 보여주었다 (Table 2). 따라서 접착제(Transbond XT)의 효과적인 융제 를 유도하기 위해서는 300 mJ 이상의 레이저 에너 지가 필요한 것으로 생각된다. M군과 P군 사이에서 유의하게 낮은 전단 강도를 나타내는 레이저 에너지가 달랐던 (Table 2) 이유는 단결정과 다결정 세라믹 브라켓의 빛 투과도 차이 때문인 것으로 생각된다. Strobl 등9은 1,060 nm 파 장의 Nd:YAG 레이저를 이용한 실험에서 단결정 세 라믹 브라켓은 92 ± 2.5%의 투과율을 보이고 다결 정 세라믹 브라켓은 83.4 ± 2.5%의 투과율을 보인 24 다고 하였다. Eliades 등 은 320 - 700 nm 파장의 빛 으로 빛 투과도(degree of direct light transmittance)를 측정한 결과, 단결정 세라믹 브라켓은 35.02% 정도 의 투과율을 보이며, 다결정 세라믹 브라켓은 1.22 - 5.70%의 투과율을 보인다고 보고하였다. 이러한 이유로 접착제의 융제를 위한 역치를 넘기 위해서, 다결정 세라믹 브라켓이 단결정 세라믹 브라켓보다 더 높은 레이저 에너지가 필요하게 되는 것으로 생 각된다.9,10,16 본 연구에서는 세라믹 브라켓 제거에 레이저를 사용하면 치수와 법랑질에 어떠한 위해 작용이 있 는지도 알아보았다. 일반적으로 레이저를 치아에 적용할 때 가장 문제가 되는 것은 레이저에 의한 열 효과이다.18-20 열에 대한 치수의 반응은 Zach와 Cohen25에 의해 기술되었다. 그들은 인간의 치아조직 과 유사한 Macaca 원숭이를 이용한 생체 실험에서, 치수에 열전대를 삽입하고 3 × 1.5 mm 크기의 납땜 인두를 5 - 20초간 접촉하여 치아에 열을 전달하였. 세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능. o. o. 다. 그들은 치수강 내 온도가 4 F (1.8 C) 상승 시, 치수조직의 변화가 없었고, 10oF (5.5oC) 상승 시, 15%에서 치수괴사가 발생했으며, 20oF (11.1oC) 상 o 승 시, 화농이 형성되었다고 하였다. 또한, 30 F (16.6oC) 상승 시, 모든 치아에서 치수 괴사가 발생 하였다고 보고하면서, 치수의 온도 변화 역치는 o o 10 F (5.5 C) 이하라고 주장하였다. 레이저를 이용한 세라믹 브라켓 제거 연구 중 열 효과를 알아본 실험실 연구12-14,16에서는, 치수 조직 을 제거하고 빈 치수강의 협측 벽에서 온도 변화를 측정하였다. 하지만 레이저에 의한 온도 변화 측정 에서 빈 치수강과 치수가 있는 치수강의 온도 변화 는 다르고, 치수강에 치수가 있어야 임상적으로 적 절하다.26 따라서 본 연구는 실험실 연구이지만 Zach와 Cohen의 실험25과 최대한 유사한 조건을 위 하여 그리고 치수가 존재하는 것을 가정하기 위하 여, 치아의 전체 치관뿐만 아니라 치근까지 사용하 였으며 치수강에는 10% 젤라틴 용액(pulp phan27 tom) 을 주입 후 실험하였다. 본 연구의 치수강 온 도 변화 중 최고값은 M600 군의 1.2oC였다 (Tables 3 and 4). 따라서 600 mJ의 레이저 에너지로 1초 간격 으로 2펄스를 적용하는 것은 치수에 유해 작용이 없을 것으로 생각된다. 또한 브라켓 하방 법랑질의 온도 변화 중 최고 온도는 M600 군에서 기록된 o 4.9 C였다 (Tables 3 and 4). 더 많은 연구가 필요하 겠지만, 이 온도 변화량도 법랑질에 유해 작용을 일 으킬 만한 열 충격은 아닐 것으로 생각된다. 조사된 레이저가 치아 깊은 곳까지 침투, 산란되 어 2차 효과를 일으키는 것은 바람직하지 않을 것 이다. Hayakawa16는 Nd:YAG 레이저를 이용한 실험 에서 레이저 조사 후 치수강 벽의 온도변화가 0.5 초 이내로 최고 온도에 도달하였다고 하였다. 하지 만 본 연구의 최고 온도는 브라켓 하방의 법랑질에 서 평균 3.1 ± 1.08초, 치수강에서 평균 17.02 ± 5.57 초에 기록되었다 (Tables 3 and 4). 이것은 법랑질에 대한 Nd:YAG 레이저와 Er:YAG 레이저의 침투율 17,20 차이 때문인 것으로 생각되며, 레이저를 이용한 브라켓 제거에는 Nd:YAG 레이저보다는 Er:YAG 레 이저가 더 안전할 것을 생각된다. 일반적으로 브라켓을 제거할 때, 브라켓과 접착 제, 접착제 자체, 접착제와 법랑질 계면에서 파절이 일어나게 된다.28 이때 법랑질 표면의 손상 없이 브 라켓을 제거하기 위해서는 브라켓과 접착제 계면 혹은 접착제 자체의 파절을 유도하는 것이 바람직 하다.28 본 연구에서는 접착제 잔류 지수를 이용하. 221.
(10) 서충환, 장나영, 채종문, 조진형, 김상철, 강경화. 여, 접착제가 치면에 얼마나 남아있는지 평가해보 았다. 본 연구에 사용된 단결정 세라믹 브라켓 (MISO)의 경우, 브라켓 베이스에 여러 크기의 구형 실리카 파우더(SiO2)를 녹여 부착된 구조이며, 브라 켓 제거 시 브라켓 베이스와 실리카 파우더가 탈락 되는 형태이기 때문에 레이저 조사와 상관없이 1점 의 접착제 잔류 지수가 기록되었다 (Table 5). 다결 정 세라믹 브라켓(Transcend series 6000)의 경우, 대 조군과 비교해보면 레이저 강도가 증가할수록 5점 이 감소하고 1점이 증가하였다 (Table 5). 이것은 레 이저 조사로 인해 접착제가 붕괴되고 이 가스 압력 이 브라켓과 접착제 계면에 작용하여, 브라켓 제거 시 브라켓과 접착제 계면 혹은 접착제 자체의 파절 을 유도하는 것으로 생각되며, 레이저 조사가 브라 켓 제거 시 법랑질 손상 가능성을 낮출 것으로 생각 9,11 된다. 레이저 조사에 의한 법랑질의 손상을 주사전자현 미경으로 관찰하였다 (Figs 5F, I and 6C, F). 손상의 정도는 약 10 - 30μm 정도이며 접착제를 융제시키 고 남은 잉여 레이저 에너지에 의해 법랑질이 융제 된 것으로 보인다.29 법랑질 손상 정도를 통상적으 로 시행하는 브라켓 접착과 제거 술식과 비교해보 면, 러버컵이나 브러쉬를 이용한 퍼미싱에는 약 5 10μm의 법랑질이 소실되며, 인산을 이용한 일반적 인 에칭에서는 10 - 50μm의 법랑질 구조가 소실되 며, 잔여 접착제 제거에는 제거 방법에 따라 평균 29.5 - 72.7μm 정도의 법랑질이 소실된다고 보고되 22,30,31 따라서 레이저를 이용한 브라켓 제거 고 있다. 시 레이저에 의한 법랑질 손상의 정도는 심한 것이 아니라고 판단되지만, 필요 이상의 강한 에너지의 레이저를 사용하는 것은 피하는 것이 현명할 것으 로 생각된다. 세라믹 브라켓의 제거에 Er:YAG 레이저를 이용 하는 것은 임상적으로 활용할 만한 가치가 있다고 생각된다. 더욱 깊은 연구가 필요하겠지만, 본 연구 의 결과를 임상에 적용해 보면, 단결정 세라믹 브라 켓(MISO)의 제거에 Er:YAG 레이저를 이용할 경우, 300 - 450 mJ의 레이저 에너지를 2펄스 적용하는 것 이 효과적이고 안전할 것으로 생각되며, 다결정 세 라믹 브라켓(Transcend series 6000)의 경우는 450 mJ 정도의 에너지를 2펄스 적용하는 것이 좋을 것으 로 생각된다. 레이저 적용 시 같은 곳에 여러 번 레 이저를 조사하면 법랑질 손상의 위험이 높으므로, 레이저 조사 위치를 바꿔가면서 조사하는 것이 법 랑질 손상을 막을 수 있는 방법이라고 생각된다. 또. 222. 대치교정지 39권 4호, 2009년. 한 브라켓 제거 시 결합 강도가 과도하여 법랑질 손 상이 예상되는 경우는, Er:YAG 레이저를 조사하여 접착제과 브라켓 계면에서 탈락을 유도하는 것도 고려해 볼 수 있다. 본 연구는 다양한 브라켓 종류 나 접착제 종류에 대한 비교가 없었으며, 다양한 레 이저 조사 방법에 대한 고려가 부족하였고 이를 보 완한 연구가 필요할 것으로 생각되며, 임상에 적용 시키기 전에 보다 깊은 연구가 필요할 것으로 생각 된다.. 결론 세라믹 브라켓은 심미적 우수성으로 임상에서 많 이 사용되고 있지만 브라켓 제거 과정에서 강한 결 합 강도와 잘 깨지는 성질로 인해 여러 가지 문제를 안고 있다. 본 실험은 Er:YAG 레이저를 단결정과 다결정 세라믹 브라켓에 조사한 후, 다양한 레이저 에너지군에 따라 세라믹 브라켓 제거 시의 전단 강 도를 측정하여 Er:YAG 레이저 조사가 세라믹 브라 켓 제거에 도움이 되는지 알아보고, 브라켓 제거에 적합한 레이저 조사 방법을 연구하였다. 또한 이렇 게 적용된 레이저 에너지가 치수와 법랑질에 손상 을 주는지 알아보고, 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 모든 세라믹 브라켓군에서 레이저 에너지가 증가 할수록 브라켓 제거 시 전단 강도는 유의하게 감 소하였다. 2. 브라켓 하방 법랑질에서 최대 온도 변화는 평균 3.78oC 상승에 그쳤으며, 치수강에서 최대 온도 변화는 평균 0.9oC 상승에 그쳤다. 3. 다결정 세라믹 브라켓의 600 mJ 레이저 에너지 군에서 대조군에 비해 치면에 접착제가 유의하 게 많이 남아 있었다. 4. 주사전자현미경을 이용한 법랑질과 접착제 단면 관찰에서 접착제 표면이 레이저에 의해 붕괴되 어 분화구 모양의 구덩이로 관찰되었으며, 일부 시편에서 약 10 - 30μm의 법랑질 손상이 발견되 었다. Transbond XT로 부착된 단결정 도재 브라켓 (MISO)의 디본딩에 Er:YAG 레이저를 이용할 경우, 300 - 450 mJ의 레이저 에너지를, 그리고 다결정 도 재 브라켓(Transcend series 6000)의 경우는 450 mJ 정도의 에너지를 사용하는 것이 효과적이고 안전할 것으로 생각된다..
(11) Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod. 참고문헌. 1. Bishara SE. Ceramic bracket and the need to develop national standards. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000;117:595-7. 2. Arici S, Minors C. The force levels required to mechanically debond ceramic brackets: an in vitro comparative study. Eur J Orthod 2000;22:327-34. 3. Bishara SE, Trulove TS. Comparisons of different debonding techniques for ceramic brackets: an in-vitro study. Part 1. Background and methods. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990;98:145-53. 4. Storm ER. Debonding ceramic brackets. J Clin Orthod 1990; 24:91-4. 5. Bishara SE. Trulove TS. Comparisons of different debonding techniques for ceramic brackets: an in-vitro study. Part II. Findings and clinical implications. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990;98:263-73. 6. Krell KV, Courey JM, Bishara SE. Orthodontic bracket removal using conventional and ultrasonic debonding techniques, enamel loss, and time requirements. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1993;103:258-66. 7. Rueggeberg FA, Lockwood P. Thermal debracketing of orthodontic resins. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990;98:56-65. 8. Larmour CJ, McCabe JF, Gordon PH. An ex vivo investigation into the effects of chemical solvents on the debond behaviour of ceramic orthodontic brackets. Br J Orthod 1998;25: 35-9. 9. Strobl K, Bahns TL, Willham L, Bishara SE, Stwalley WC. Laser-aided debonding of orthodontic ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1992;101:152-8. 10. Tocchio RM, Willham PT, Mayer FJ, Standing KG. Laser debonding of ceramic orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1993;103:155-62. 11. Mimura H, Deguchi T, Obata A, Yamagishi T, Ito M. Comparison of different bonding materials for laser debonding. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1995;108:267-73. 12. Rickabaugh JL, Marangoni RD, McCaffrey K. Ceramic bracket debonding with the carbon dioxide laser. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1996;110:388-93. 13. Ma T, Marangoni RD, Flint W. In vitro comparison of debonding force and intrapulpal temperature changes during ceramic orthodontic bracket removal using a carbon dioxide laser. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1997;111:203-10. 14. Obata A, Tsumura T, Niwa K, Ashizawa Y, Deguchi T, Ito M. Super pulse CO2 laser for bracket bonding and debonding. Eur J Orthod 1999;21:193-8. 15. Kim YJ, Lim SH, Yoon YJ, Park JC, Kim KW. Histologic changes of pulpal tissue after laser-aided ceramic bracket debonding. Korean J Orthod. 2004;34:343-9.. 세라믹 브라켓의 제거 시 Er:YAG 레이저의 효능. 16. Hayakawa K. Nd:YAG laser for debonding ceramic orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2005;128: 638-47. 17. Coluzzi DJ. Fundamentals of dental lasers: science and instruments. Dent Clin North Am 2004;48:751-70. 18. Guttenberg SA, Emery RW 3rd. Laser physics and tissue interaction. Oral Maxillofacial Surg Clin North Am 2004; 16:143-7. 19. Masato M. CO2 laser technique. Tokyo: Tohan Co; 2001. p. 2-23. 20. Moritz AF, Beer F, Goharkhay K, Schoop U, Strassl M. Oral laser application. Illinois: Quintessence Pub Co; 2007. p. 38-55. 21. International Standards Organization. ISO/TR 106/SC 1/WG 11. Dentistry: Dental materials - Testing of adhesive to tooth structure. 2003. 22. Graber TM, Eliades T, Athanasiou AA. Risk management in orthodontics. 1st ed. Illinois: Quintessence Pub Co; 2003. p. 20-42. 23. Chirila TV, Constable IJ, van Saarloos PP, Barrett GD. Laserinduced damage to transparent polymers: chemical effect of short-pulpsed (Q-switched) Nd:YAG laser radiation on ophthalmic acrylic biomaterials. I. A review. Biomaterials 1990; 11:305-12. 24. Eliades T, Johnston WM, Eliades G. Direct light transmittance through ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1995;107:11-9. 25. Zach L, Cohen G. Pulp response to externally applied heat. Oral Surg Oral Med Oral Pathol 1965;19:515-30. 26. Chang JC, Wilder-Smith P. Laser-induced thermal events in empty and pulp-filled dental pulp chambers. Lasers Surg Med 1998;22:46-50. 27. Attrill DC, Davies RM, King TA, Dickinson MR, Blinkhorn AS. Thermal effects of the Er:YAG laser on a simulated dental pulp: a quantitative evaluation of the effects of a water spray. J Dent 2004;32:35-40. 28. Proffit WR, Fields HW, Sarver DM. Contemporary orthodontics. 4th ed. St Luis: Mosby Co; 2007. p. 415. 29. Delfino CS, Souza-Zaroni WC, Corona SAM, Pécora JD, Palma-Dibb RG. Effect of Er:YAG laser energy on the morphology of enamel/adhesive system interface. Applied Surface Science 2006;252:8476-81. 30. Pus MD, Way DC. Enamel loss due to orthodontic bonding with filled and unfilled resins using various clean-up techniques. Am J Orthod 1980;77:269-83. 31. Al Shamsi AH, Cunningham LJ, Lamey PJ, Lynch E. Three-dimensional measurement of residual adhesive and enamel loss on teeth after debonding of orthodontic brackets: an in-vitro study. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2007;131:301.e9301.e15.. 223.
(12) ORIGINAL ARTICLE. Efficiency of ceramic bracket debonding with the Er:YAG laser a. a. Chung-Hwan Suh, DDS, MSD, PhD, Na-Young Chang, DDS, MSD, Jong-Moon Chae, DDS, MSD, PhD,b Jin-Hyoung Cho, DDS, MSD, PhD,b c d Sang-Cheol Kim, DDS, MSD, PhD, Kyung-Hwa Kang, DDS, MSD, PhD. Objective: The aim of this study was to find out whether Er:YAG laser can aid in debonding ceramic brackets, and to see what kind of method will be the most appropriate for debonding. Methods: One hundred and ninety TM TM teeth, monocrystalline brackets (MISO , HT, Ansan-Si, Korea), polycrystalline brackets (Transcend series 6000, 3M Untek, Monrovia, CA, USA) and the KEY Laser3 (KavoDental, Biberach, Germany) were used. Experimental groups were classified according to the type of ceramic brackets, and the amount of laser energy (0, 140, 300, 450, 600 mJ). After applying laser on the bracket at two points at 1 pulse each, the shear bond strength was measured. The effect of heat caused by laser was measured at the enamel beneath the bracket and pulp chamber. After measuring the shear bond strength, adhesive residue was evaluated and enamel surface was investigated using SEM. Results: All ceramic bracket groups showed a significant decrease in shear bond o strength as the laser energy increased. The greatest average temperature change was 3.78 C on the enamel o beneath the bracket and 0.9 C on the pulp chamber. Through SEM, crater shape holes caused by the laser was seen on the enamel and adhesive surfaces. Conclusions: If laser is applied on ceramic brackets for debonding, TM 300 - 450 mJ of laser energy will be safe and efficient for monocrystalline brackets (MISO ), and about 450 TM mJ for polycrystalline brackets (Transcend series 6000). (Korean J Orthod 2009;39(4):213-224). Key words: Debonding, Er:YAG laser, Ceramic bracket. a. b. c. d. Fellow, Assistant Professor, Professor, Associate Professor, Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University. Corresponding author: Kyung-Hwa Kang. Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University, 344-2, Shinyong-dong, Iksan 570-711, Korea. +82 63 850 6635; e-mail, [email protected]. Received March 4, 2009; Last Revision May 25, 2009; Accepted May 30, 2009.. 224.
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