표면처리가 교정용 미니 임플랜트의 식립수직력과 토크에 미치는 영향

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a교수, ^b대학원생, 원광대학교 치과대학 치과교정학교실, 원광치의학연구소.

교신저자: 김상철.

전북 익산시 신용동 344-2 원광대학교 치과대학 치과교정학교실, 원광치의학 연구소.

063-859-2960; e-mail, [email protected].

원고접수일: 2011년 4월 14일 / 원고최종수정일: 2011년 6월 25일 / 원고채택일: 2011년 6월 30일.

http://dx.doi.org/10.4041/kjod.2011.41.4.268

*본 연구는 2009학년도 원광대학교의 교비지원에 의해서 수행됨.

표면처리가 교정용 미니 임플랜트의 식립수직력과 토크에 미치는 영향

김상철^aㆍ김호영^bㆍ이상재^bㆍ김철문^b

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 표면처 리군에서 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 가능 할 것으로 보인다. (대치교정지 2011;41(4):268-279)

주요 단어: 교정용 미니 임플랜트, RBM 표면처리, Self drilling, 식립 패턴

서론

Kanomi¹에 의해 미니 임플랜트가 교정치료의 고 정원으로 적용된 이래 다양한 형태의 교정용 미니 임플랜트가 개발되어 사용되고 있다. 교정 임상 영 역에서 교정용 미니 임플랜트가 활발히 적용되면서 적게는 80%, 많게는 97% 이상의 성공률이 보고되 기도 하였다.^2-4 이렇게 비교적 높은 성공률에도 불 구하고 교정용 미니 임플랜트 시술은 종종 다양한 원인으로 실패한다. 교정용 미니 임플랜트 시술의 실패에는 조기탈락, 임플랜트의 파절, 치근손상, 감

염 등이 있을 수 있으며, 이러한 실패를 예방하기 위해 세심한 고려가 필요하다.^5,6

조기탈락의 방지를 위해 식립 시술에서 고려해야 할 사항으로는 치근 인접부 등 위험한 해부학적 구 조물을 피하여 가급적 골질이 우수한 식립 위치를 확보하는 것이 필요하다.^5-9 그러나 교정치료 고정원 으로 이용하기 위한 최적의 식립 위치가 골질이 우 수하며 동시에 위험한 해부학적 구조물을 피할 수 있는 최적의 식립 위치와 일치하지 않는 경우가 있 기 때문에 교정 장치를 개량하거나 부가적으로 복 잡한 장치를 사용하게 되어 환자나 술자에게 불편 을 초래할 수 있다.

그러므로 다소 골질이 좋지 않은 부위에 식립을 하더라도 조기탈락이 되는 현상을 줄이기 위해 원 추형의 형태를 self drilling 방식으로 적용하여 식립 시술 초기 단계에서 hand driver의 wobbling에 의해 골과 임플랜트 사이의 간극이 발생하더라도 임플랜 트 상부의 증가된 직경을 이용하여 이를 보상함으 로써 골과 임플랜트의 접촉을 최대화해 유지력을

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증진시킴으로써 초기고정을 확보하려는 시도가 있 었다.^10,11

또한 다양한 형태의 교정력 적용이 가능하도록 골유착을 유도하여 유지력을 증가시키기 위해 보철 용 임플랜트와 같이 표면처리를 시행하기도 하였

다.^12-14 교정용 미니 임플랜트 표면처리의 근거가 되

는 보철용 임플랜트의 골유착 기전은 임플랜트의 제조에 사용되는 티타늄 표면에 형성된 산화막에 의한 것으로 알려져 있다.¹⁵ 그러나 이 산화막이 얇 고 불안정하므로 골과의 접촉 면적을 늘리기 위해 임플랜트의 표면을 거칠게 하여 요철면을 만들어 표면적을 늘리는 방법이 고안되어 사용되고 있다.¹⁶ 보철용 임플랜트의 표면처리 방법은 titanium plas- ma-spraying, grit-blasting, acid-etching, anodization, calcium phosphate coating이 있으며 이들 모두가 표 면처리를 하지 않은 machined surface에 비해 골유착 이 잘 일어나는 것으로 알려져 있다.¹⁷ 이들 처리 방 법 중, 일반적으로 적용되는 보철용 임플랜트의 표 면처리 방법은 grit-blasting 처리 후에 산세척하는 방법으로, sandblasted large grit and acid-etched (SLA) 처리법과 resorable blasting media (RBM) 처리 법이 있다.¹⁸ SLA 처리는 입자크기가 큰 생체 불활 성의 Al2O3로 임플랜트 표면을 처리한 다음 산으로 세척하여 처리하는 방식이고, RBM 처리는 hydrox- yapatite 등 생체 흡수성 분말로 분사 처리한 다음 표면을 산으로 세척하는 방법으로 두 방법 모두 임 플랜트의 표면에 요철구조를 형성하여 세포 부착성 과 증식성이 개선된다고 알려져 있다.¹⁷

이 두 가지의 grit-blasting 방법 중, SLA 표면처리 를 한 교정용 미니 임플랜트가 도입되어 골유착 효 과를 보여주고 있다.^12-14 그러나 삭제 날(cutting edge)이 없이 단지 self tapping을 위한 형태를 갖고 있어 식립하기 전 드릴링이 필수적인 과정이므로 임 플랜트와 골 간에 드릴링으로 인한 간극이 존재할 수 있게 되어 초기 고정에 불리함이 있을 수 있다.^2,3 드릴링 홀과 미니 임플랜트 간의 간격이 발생하 는 self tapping type의 교정용 미니 임플랜트의 단점 을 극복하는 방법으로는 드릴의 직경을 줄여 초기 고정을 증진시키는 시도를 할 수 있다.³ 하지만 드 릴의 파절 위험으로 직경을 줄이는 데에 한계가 있 으며, 그 반대로 미니 임플랜트의 직경을 늘이는 방 법의 경우에는 치근간 공간에 식립할 때 치근에 근 접할 가능성이 높아지므로 치근 손상 및 미니 임플 랜트 탈락의 원인이 될 수 있다. Motoyoshi 등¹⁹은 드릴링 홀의 크기에 비해 큰 직경의 미니 임플랜트

를 식립하면 높은 식립 토크가 발생하는데 이렇게 되면 국소적 허혈이 발생하여 미니 임플랜트 조기 탈락이 원인이 될 수 있다고 하였고, Kuroda 등⁷은 교정용 미니 임플랜트의 치근 근접이 조기탈락의 주된 원인이라고 하였다.

표면 처리된 self tapping 방식의 교정용 미니 임 플랜트의 단점을 개선하기 위해 self drilling type의 미니 임플랜트에 표면처리를 하는 것을 생각해 볼 수 있다. Self drilling type의 교정용 미니 임플랜트 에 표면처리를 하게 된다면 드릴링을 시행하지 않 고 식립할 수 있어 초기 고정이 좋다는 장점이 있을 수 있지만 골 삭제 기능을 수행하는 cutting edge 부 위 역시 표면처리 과정 중에 형태 변화가 일어나 골 삭제 기능을 저하시킬 가능성이 있다.

Self drilling type의 교정용 미니 임플랜트의 골 삭 제 및 골 관통 능력을 그대로 유지하면서 표면처리 를 하는 방법으로는 전반적인 표면처리의 심도를 낮추어 삭제 날의 형태를 유지하는 방법과 screw tip 부위에서부터 thread diameter에 도달하는 부위까지 는 표면처리를 하지 않고 남겨두어서 treated surface 와 machined surface, 두 가지의 표면을 동시에 부여 하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

따라서 본 연구에서는 self drilling type의 교정용 미니 임플랜트의 전체 표면을 RBM 표면 처리한 RBM군, 골 삭제 기능을 수행하는 cutting edge 부위 에서 thread diameter 도달 부위까지 machined surface 로 남겨놓고 상부 나사산만 RBM 표면처리 한 hy- brid군, 골 삭제 능력 유지를 위해 표면처리 심도를 낮추어 산 부식 처리만 시행한 etched군, 그리고 표 면처리를 하지 않은 machined군으로 나누어 주사전 자현미경과 표면 거칠기 측정기(surface roughness tester)를 이용하여 각각의 표면 거칠기(surface roughness)를 비교하고, driving torque tester를 이용해 실 험용 인공골에 교정용 미니 임플랜트를 식립하여, 식립 토크(rotational torque)와 수직력(vertical loading)의 식립 패턴을 비교하여 표면처리에 따른 차이 를 알아보기로 하였다.

연구방법 연구재료

교정용 미니 임플랜트

원추형태의 직경 1.6 mm, 나사산 길이 6 mm의

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Chemical composition (%)

O N H Fe C Al V Ti

0.2 0.05 0.015 0.40 0.10 5.5 - 6.75 3.5 - 4.5 Balance

Mechanical properties

Tensile strength (MPa) Young’s modulus (Mpa) Yield strength (Mpa) Elongation % mm Hardness HV typical

895 110,000 830 10 310 - 350

Table 1. Chemical composition and mechanical properties of orthodontic mini-implant (Ti-6Al-4V alloy)

Fig 1. Shape and size (mm) of self drilling type ortho- dontic mini implant (Osstem Implant, Seoul, Korea).

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.

실험용 인공골편

피질골과 망상골 역할을 할 polyurethane foam (Solid Rigid Polyurethane Foam, Sawbones Washing- ton, USA)을 cyanoacrylate 접착제를 이용해 부착하 여 실험용 인공골편을 제작하였다. 피질골 부위는 1.5 mm 두께로 하였고 망상골 부위는 30 mm 두께 를 사용하였다. 재료의 물성은 Table 2와 같으며 이 규격은 ASTM (American Society for Testing and Materials, 미국재료시험협회) standard specification F-1839를 준용하고 있다.

연구방법

교정용 미니 임플랜트의 표면처리

RBM surface군은 machined type의 교정용 미니 임 플랜트에 75μm 입자 크기의 calcium phosphate로 분사 처리하여 산세척하였고, etched군은 염산과 질 산을 이용해 산처리하였으며, hybrid군은 cutting edge를 포함하여 thread diameter에 도달하는 부위를 제외하고 그 상부를 calcium phosphate로 분사처리 하고 산세척하여 제작하였다 (Fig 2).

주사전자현미경을 이용한 표면처리 관찰

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 거칠기(surface roughness) 측정

표면 처리된 미니 임플랜트의 표면처리 효과를 알아보기 위해 표면 거칠기 측정기(SV-3100, Mytu- toyo, Kawasaki, Japan)를 사용하여 교정용 미니 임 플랜트의 표면 거칠기(surface roughness)를 측정하 여 비교하였다. 각 군마다 5개씩 측정하여 군 간 비 교하였다.

측정 부위는 교정용 미니 임플랜트의 head 부위 에서부터 1 mm 하방까지 측정하였다. 표면 거칠기 측정을 위해서는 1 mm 이상의 편평한 면이 요구되 기 때문이다.

Roughness average (Ra) 값과 roughness total in mi- crons (Rt) 값이 측정되었다. Ra값은 기준길이 내의 거칠기의 평균값이므로, 우연히 나타나는 두 개의 이례적인 산이나 골은 평균값에 영향을 주지 않지

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Cortical bone part (1.5 mm)

　 Compressive Tensile Shear

Density Strength Modulus Strength Modulus Strength Modulus

g/cc MPa Mpa MPa MPa MPa Mpa

0.64 31 759 19 1,000 11 130

Cancellous bone part (30 mm)

　 Compressive Tensile Shear

Density Strength Modulus Strength Modulus Strength Modulus

g/cc MPa MPa MPa MPa MPa MPa

0.32 8.4 210 5.6 284 4.3 49

Table 2. Properties of artificial bone block (polyurethane foam)

Fig 2. Surface treated orthodontic mini implants. A, Machined surface; B, etched surface; C, RBM surface;

D, hybrid surface. RBM, Resorbable blasting media.

만 거칠기 모양에 대한 정보는 주지 않았다. 반면 Rt값은 단위 길이 내의 최고점과 최저점 사이의 거 리를 나타내기 때문에 먼지나 티끌 입자, 흠, 긁힌 자국, 측정 시 진동에도 영향을 받지만 거칠기 모양 에 대한 정보를 제공하기 때문에 그래프를 도출하 면 참고할 수 있는 자료를 얻을 수 있었다. 본 연구 에서 각 군 간 비교는 Ra값을 이용하였다.

식립 토크와 식립수직력 측정

Sawbones사의 폴리우레탄으로 제작된 인공골 시 편에 교정용 미니 임플랜트를 구동형 토크 시험기 (driving torque tester, Osstem Implant, Seoul, Korea)를 사용해 식립하면서 식립 토크를 측정하였다. 구동 형 토크 시험기는 일정 회전수를 유지하면서 0.01초 단위로 토크를 Ncm 단위로 측정이 가능하여 식립

토크의 변화로써 임플랜트의 전반적인 식립 패턴을 파악할 수 있는 장비이다. 또한 본 장비는 식립에 필요한 수직력을 측정할 수 있는 센서가 장착되어 있다.

각 군당 10개씩의 미니 임플랜트를 driving torque tester를 이용하여 12 rpm의 회전속도로 식립하면서 식립 토크와 수직력을 측정하여 각 미니 임플랜트 의 식립 깊이에 따른 식립 패턴(insertion pattern)을 구성하였다.

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 비 교하였다.

통계처리

Machined군, etched군, RBM처리군, hybrid군의 4 가지 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 시행하였 다. 사전에 모집단의 정규성과 분산의 동질성을 점 검하여 충족됨을 확인하였다. SPSS Win 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였다.

연구성적

주사전자현미경을 이용한 표면 관찰

주사전자현미경을 이용해 10배, 50배, 500배 배율

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Fig 4. SEM image of orthodontic mini implants (× 50). A, Machined surface; B, acid etched surface; C, RBM surface;

D, hybrid surface. C and D have rough surfaces. White box indicates the area of magnification × 500. SEM, Scanning electron microscope; RBM, resorbable blasting media.

D, hybrid surface. The surface difference between C and D is observed. SEM, Scanning electron microscope; RBM, resorbable blasting media.

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D, hybrid surface. The surface difference between A and B is observed. SEM, Scanning electron microscope; RBM, resorbable blasting media.

Group n Mean ± SD (Ra, μm) F Machined 10 0.201 ± 0.0153^a

230.779^* Etched 10 0.205 ± 0.0116^a

RBM 10 1.365 ± 0.0525^b Hybrid 10 1.341 ± 0.1874^b

SD, Standard deviation; RBM, resorbable blasting media. ^*p ＜ 0.05. Groups with the same letters were not significantly different from each other at the level of p < 0.05 (a < b).

Table 3. Comparison of mean surface roughness (Ra, μm) of the surface treated orthodontic mini-implants

로 관찰하였다. RBM처리군과 hybrid군은 machined 와 etching군에 비해 표면이 거칠어지고 나사산이 마모된 양상이 10배 배율에서부터 관찰되었고, etching 처리군은 500배 배율에서 표면에 다공성 구조 가 관찰되어 제작 과정에서 발생한 줄무늬만 관찰 되는 machined군과 차이를 보였다(Figs 3 - 5).

표면 거칠기 측정

RBM군이나 hybird군이 machined군이나 etched군 보다 유의하게 더 거친 표면을 보였다 (p ＜ 0.05).

(Table 3, Figs 6 and 7).

식립 토크, 식립수직력 측정

식립수직력은 인공골의 피질골 부위를 뚫고 들어 가 미니 임플랜트의 직경에 도달되는 부위까지 급 경사로 상승하다가 미니 임플랜트의 외경에 도달하 는 나사산 가까이에서 최고점에 도달하였다. 그 이 후 점차 떨어져서 미니 임플랜트의 thread length의 중앙을 넘어선 부분인 3.5 mm에 이르면 수직력은 거의 필요치 않고 토크로만 전진이 일어날 수 있었 다.

반면, 식립 토크는 thread diameter 도달 부위까지 상승하다가 thread diameter 도달 이후 미니 임플랜 트의 thread dimeter가 유지되는 cylinder 형태의 구 간을 지나는 동안은 완만한 형태를 보였으며 그 이 후 초기 유지력 증강을 위해 thread diameter 증가와

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Fig 6. The surface roughness of sample 1 of each group of A, machined; B, etched; C, RBM; and D, hybrid mini-implants. RBM, Resorbable blasting media.

Fig 7. Mean surface roughness (Ra) of surface treated orthodontic mini implants. Groups with the same letters were not significantly different from each other at the level of p ＜ 0.05 (a ＜ b). RBM, Resorbable blasting media.

나사산의 날을 무디게 만든 부위에 이르러 경사를 보이면서 최종 식립 토크에 도달하는 형상을 보였 다. 각 군의 평균 식립 토크 패턴과 식립수직력 패 턴은 Figs 8 - 10과 같다.

최종 식립 토크는 machined군이 다른 군들에 비 해 유의하게 낮았다 (p ＜ 0.05). Etched군이 hybrid 군보다 유의하게 높은 최종 식립 토크를 보였다 (p

＜ 0.05) (Table 4, Fig 11).

최대 식립수직력은 RBM군이 다른 세 군에 비해 유의하게 높았다 (p ＜ 0.05). 또한 machined군이나 etched군이 hybrid군보다 유의하게 컸다 (p ＜ 0.05) (Table 5, Fig 12).

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Fig 8. Insertion pattern of sample 1 of machined sur- face group mini-implants. a, Vertical load for insertion (Ncm); b, rotational torque for insertion (Ncm).

Fig 9. Mean insertion torque patterns of surface treat- ed orthodontic mini implants. RBM, Resorbable blasting media.

Fig 10. Mean vertical load patterns for insertion of sur- face treated orthodontic mini implants. RBM, Resor- bable blasting media.

Group n Mean ± SD (Ncm) F

Machined 10 9.92 ± 0.75^a

22.322^* Etched 10 12.01 ± 0.050^b

RBM 10 11.60 ± 0.64^c

Hybrid 10 11.02 ± 0.59^d

SD, Standard deviation; RBM, resorbable blasting media. ^*p < 0.05. Groups were significantly different at the level of p < 0.05 (a < b, c, d and b ＞ d).

Table 4. Comparison of final rotational torques for in- sertion of surface treated orthodontic mini-implants

Fig 11. Mean final insertion torque of surface treated orthodontic mini implants. a ＜ b, c, d and b ＞ d (p

＜ 0.05). RBM, Resorbable blasting media.

고찰

주사전자현미경을 이용한 표면 관찰

표면처리 심도에 따른 표면처리 효과가 관찰되었 다. RBM 표면 처리군과 hybrid 처리군의 RBM 처리 표면은 저배율인 10배와 50배 확대에서부터 표면처 리를 하지 않은 machined군, etched군과 다른 양상을 보여주었는데, 10배 확대에서는 나사산의 날 부분 이 무디어진 형상이 관찰되었고, 50배에서 거친 표 면이 관찰되었으며 500배 배율에서는 3차원적으로 불규칙한 구조가 형성된 것을 보여주었다. 반면,

etched군의 경우 10배와 50배 확대에서는 machined surface와 차이점이 없었으며 500배에서 미세한 거 친 면이 관찰되었다.

따라서 내식성과 강도가 강한 Ti-alloy를 사용해

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Fig 12. Mean maximum vertical load for insertion of surface treated orthodontic mini implants. b ＞ a ＞ c (p ＜ 0.05). Same letters were not significantly dif- ferent. RBM, Resorbable blasting media.

Group n Mean ± SD (Ncm) F

Machined 10 23.6984 ± 1.0011^a

89.099^* Etched 10 24.8925 ± 1.60837^a

RBM 10 31.5777 ± 2.3883^b Hybrid 10 20.9866 ± 1.16037^c

SD, Standard deviation; RBM, resorbable blasting media. ^*p < 0.05. b > a > c (p < 0.05). Same letters were not significantly different.

Table 5. Comparison of maximum vertical load for in- sertion of surface treated orthodontic mini-implants

제조된 교정용 미니 임플랜트도 보철용 임플랜트 제조에 사용되는 CP-Ti (commercially pure titanium) 과 같은 방식의 표면처리에 표면이 거칠어지는 것 을 알 수 있었다. 그러나 Ti-alloy의 경우 강도를 높 이기 위해 첨가된 금속으로 인해 골유착능력이 저 하되고 장기적으로는 골 흡수의 원인이 될 수 있다 는 지적이 있다.²⁰ 그러므로 표면처리효과가 골 유 착능력 증가로 이어질지에 대해서는 동물실험 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.

표면 거칠기 측정

표면 거칠기 측정 결과 machined와 etched군은 차 이를 보이지 않았으며 RBM군과 hybrid군의 RBM 처리 부분은 machined surface에 비해 상대적으로 높 은 Ra값을 가지는 것을 볼 수 있었다. 이것은 주사 전자현미경의 관찰과 일치하는 결과로 볼 수 있었 다.

Etched군이 주사전자현미경 상에서 500배 배율에 서 거친 면을 보여주었음에도 불구하고 machined 군과 Ra값에 큰 차이를 보이지 않은 것은 표면 거 칠기 측정기의 측정 한계와 더불어 machined군 교 정용 미니 임플랜트 제조과정에서 만들어진 미세한 홈이 측정된 결과로 볼 수 있다.

그러므로 acid etching만 시행하였을 경우에는 self drilling type의 임플랜트 삭제 날 변형 가능성이 매 우 적다는 것을 보여준다.

식립 토크, 식립수직력 측정

교정용 미니 임플랜트를 식립하기 위해서는 토크 가 필요하기도 하지만 식립 초기에 골 내로 진입하

기 위해서는 수직력이 필요하다. 그러나 기존의 연 구에서는 식립수직력을 무게 추를 이용해 고정적으 로 부여하여 단지 식립에 필요한 토크를 측정하였 기 때문에 수직력을 비교 평가할 수는 없었다.

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 무 게 추를 달아 하중을 가하면서 관통력을 발생시켜 식립 토크를 측정하는 것과는 차이점이 있었다.¹⁰ 실험에 사용된 교정용 미니 임플랜트의 thread length인 6 mm의 식립 깊이에 따른 식립 토크와 식 립수직력의 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.

표면처리가 된 군들 사이의 차이는 더 거친 면을 가진 RBM군과 etched군은 유의차가 없는 것으로 관찰되었는데 이는 RBM군이 표면은 etched군에 표 면은 더 거칠지만 심도가 더 높은 표면처리에 의한 마모로 인해 외경이 감소된 것이 그 원인으로 보인 다. 이는 이전의 연구에서 외경의 큰 미니 임플랜트 의 최대 식립 토크가 큰 값을 보였다는 연구결과와 일치하는 것으로 보인다. Hybrid 군이 etched군에 비 해 낮은 최종 식립 토크를 가진 것은 삭제 날의 형 태를 유지하고 있어 machined군에 비해 관통 능력 저하가 없으며 RBM 처리가 된 부위가 etched군보 다 심도 높은 표면처리가 되어 있어 외경의 작아진

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결과를 가져왔기 때문으로 보인다.

Motoyoshi 등¹⁹은 과도한 식립 토크는 골에 대한 과도한 압박으로 국소적 허혈이 발생하여 교정용 미니 임플랜트의 조기탈락이 유발될 수 있다고 하 였는데, 당시 연구에 사용된 미니 임플랜트는 pre- drilling이 필요한 self tapping type이었고, predrilling 에 사용된 드릴의 직경과 미니 임플랜트의 직경의 차이에 의해 발생하는 식립 토크 차이였다.

본 연구에 사용된 교정용 미니 임플랜트는 self drilling type이므로 표면처리에 의한 마모에 따른 외 경의 차이 뿐 아니라 실험용 인공골을 이용하였기 에 마찰에 의한 최종 토크의 차이도 함께 나타난 것 으로 보인다. 그러나 실험용 인공골은 실제 골과는 차이가 있는데 Kim 등¹³의 연구에서 beagle dog에 표면처리된 미니 임플랜트를 식립하였을 때 SLA 표면처리된 미니 임플랜트가 표면처리 되지 않은 machined type보다 식립 토크가 적게 나왔다는 결과 를 보여주었다. 또, Cho¹²는 beagle dog의 경골에 미 니 임플랜트를 식립한 연구에서 SLA 표면처리된 임플랜트의 거친 표면이 혈액의 활막 현상을 만들 어내서 인접 골과의 마찰을 줄여주는 역할을 한다 고 하였다. 따라서 본 실험에서의 마찰에 의한 식립 토크의 증가는 실제 골에서는 일어나지 않을 가능 성이 높다.

식립수직력은 self drilling type의 교정용 미니 임플 랜트를 식립할 때 필요한 수직력을 측정한 것이다.

식립수직력의 패턴은 식립 직후에 증가되어 2 mm 도달 직전에 최대치에 도달한 이후 감소되는 추세 를 보여주었다. 이는 식립 초기에 수직력이 필요하 다는 것을 보여준다. Self drilling type의 교정용 미 니 임플랜트를 식립할 때 초기에 수직력을 부여하 지 않으면 피질골을 관통할 수 없고 제자리에서 회 전만 일어나게 될 것이다. 표면처리를 하게 될 경우 삭제 날의 마모가 일어나 식립할 때 필요한 수직력 이 증가될 것이 예상되었는데 실험 결과 역시 RBM 군이 다른 군들에 비해 유의성 있게 높은 최대 식립 수직력이 관찰되었다.

Etched군은 machined군과 유의차를 보이지 않았 는데 이는 acid etching 표면처리는 식립수직력에 영 향을 줄 만큼의 삭제 날 변화를 유발하지 않는다는 것을 알 수 있다.

반면 etched군은 hybrid군에 비해 높은 최대 식립 수직력을 보였는데 이는 hybrid군이 RBM 처리 부 분으로 이행되면서 마모에 의한 외경 감소 부위에 진입하는 것이 원인인 것으로 생각된다. 그러나 외

경의 증가, 감소와 식립수직력의 관계에 대해서는 연구된 바 없기 때문에 이에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 여겨진다.

삭제 날 부위까지 거칠게 표면처리된 RBM 처리 군의 경우에는 식립에 필요한 수직력이 많이 필요 하다는 것을 알 수 있다. 때문에 교정용 미니 임플 랜트 전체를 표면처리 하게 될 경우에는 predrilling 이 필수적이라고 볼 수 있으며 임플랜트 전체를 표 면처리 하는 것은 self drilling type으로는 적절하지 않다고 볼 수 있다. Etched군과 hybrid군의 경우에는 machined군과 비슷한 수직력으로 식립이 가능하기 때문에 적절히 삭제 날을 유지하는 방법으로 표면 처리가 이뤄진다면 표면 처리된 교정용 미니 임플 랜트를 self drilling 방법으로 식립하는 데 문제가 없 을 것으로 보인다.

교정용 미니 임플랜트는 보철용 임플랜트보다 짧 은 기간 동안 사용되고 사용 후 제거되어야 하기 때 문에 전체적으로 표면처리를 시행하여 골 유착을 얻었을 경우에는 제거하기 곤란하거나 파절의 위험 이 있을 수 있으므로 이에 대한 고려가 필요할 것으 로 생각된다.

본 실험에 사용된 etched군은 전체를 표면처리한 RBM군에 비해 표면 거칠기가 적고, hybrid군은 RBM군에 비해 표면처리 면적이 적기 때문에 et- ched군이나 hybrid군처럼 삭제 날의 형태가 유지된 표면처리형 self drilling type의 교정용 미니 임플랜 트가 골 유착능력을 보유하여 machined type에 비해 높은 유지력을 가질 수 있을지에 대해서는 추가적 인 동물실험과 임상실험이 필요할 것으로 보인다.

결론

1. RBM군이나 hybrid군이 machined군이나 etched군 보다 표면 거칠기(Ra 값)가 유의하게 컸다 (p ＜ 0.05).

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).

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

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적절하게 조절된 표면처리를 하면 골 삭제 능력의 큰 저하 없이 용이한 식립이 가능할 것으로 보인다.

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Influence of surface treatment on the insertion pattern of self-drilling orthodontic mini-implants

Sang-Cheol Kim, DDS, MSD, PhD,^a Ho-Young Kim, DDS, MSD,^b Sang-Jae Lee, DDS, MSD,^b Cheol-Moon Kim, DDS, MSD^b

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-etch- ed 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 elec- tron 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.

(Korean J Orthod 2011;41(4):268-279)

Key words: Orthodontic mini-implant, RBM surface treatment, Self-drilling, Insertion pattern

aProfessor, ^bGraduate Student, Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University, Wonkwang Dental Research Institute.

Corresponding author: Sang-Cheol Kim.

Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University, Wonkwang Dental Research Institute, 344-2 Shinyong-dong, Iksan 570-749, Korea.

+82 63 859 2960; e-mail, [email protected].

Received April 14, 2011; Last Revision June 25, 2011; Accepted June 30, 2011.