목 차
Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 연구대상 및 연구방법
Ⅲ. 연구결과
Ⅳ. 총괄 및 고찰
Ⅴ. 결 론 참고문헌 영문초록
Ⅰ. 서 론
턱관절장애는 스트레스에 기인된 반복적인 하중, 생체 역학적 요인에 기인된 자세성 하중과 큰 외상 등에 의해 발생되는 관절 계에 대한 반기능적 부하작 용에 의해 생긴다. 스트레스에 의한 반복성 하중은 저 작 계의 이상기능활동 즉 구강악습관 등에 의하여 야 기되며, 여러 활동 중에서 이악물기(clenching)와 이 갈이(bruxism)가 가장 중요한 요인으로 간주되고 있 다.1 다시 말해 정서적 스트레스가 증가하면 신체근육 중 특히 저작근의 긴장이 증가하고 (이것은 주로 이 악물기나 이갈이 등으로 야기됨), 저작근의 긴장과 수 축이 장기화되면 저작근의 통증 뿐만 아니라 턱관절 에 하중을 가하여 턱관절장애를 일으키게 된다.
이갈이의 정의에 여러 가지가 있으나, 1993년 미국 구강안면 동통학회(American Association of orofacial pain)에서, "치아의 접촉을 동반하는 저작근 의 계속적인 또는 리드믹한 수축"이라 정의하였다.2 이로 인해 이갈이는 유치열 및 영구치열의 마모를 일
으키며, 치아에 측방압을 가해 동요도나 파절을 일으 킬 수 있다. 이때 이갈이에 의한 치아마모는 치수에도 영향을 미칠 수 있다. 오래동안 지속된 이갈이는 악관 절 내장증이나 악관절의 재형성(remodelling)을 일으 키는 것으로 생각되며, 이는 저작근의 과활성이나 부 조화를 유발 할 수 있음을 의미한다. 또한 이악물기나 이갈이가 근막동통이나 근긴장성 두통에 영향을 주 기도 한다.3
이갈이와 이악물기의 치료는 여러 가지 방법이 있 어, 교합치료, 심리적/스트레스 감소치료, 바이오피드 백 치료, 행동 치료, 약물치료등이 포함된다.4 교합치 료는 일반적인 치료효과는 없으며 또한 대부분의 이 갈이 환자에게 장기간의 치료효과는 없는 것으로 여 겨진다.5 심리치료 또는 스트레스감소치료가 임상적 으로 종종 응용된다. 여기에는 점진적 근이완,6 바이 오피드백을 이용한 이완술,7 최면술8 등이 사용된다.
이런 치료의 효과는 환자의 전체적인 불안이나 스트 레스를 감소시키는 것이며 이갈이나 이악물기 습관 에 직접적으로 작용하지는 않는 것으로 보인다.
1960년대부터 여러 습관 장애의 치료에 집중시술 (massed practice)9 이나 습관반전훈련10 과 같은 행동 치료가 사용되었으며, 1969년부터는 이갈이 치료에 적용되기 시작했다. 집중시술이란 비기능적 행동을 환자에게 불편을 느낄 때까지 반복하도록 시키는 것 이다.11 습관반전훈련에는 다음과 같은 사항이 포함된 다. 환자에게 그 행동을 잘 인지하도록 한 후 잘못 적 응된 행동과 관련된 행동의 사슬을 가능한 빨리 차단 하도록 한다. 그리고 환자에게 치아접촉이나 저작근 의 수축에 상반되는 행동을 교육한다(예를 들면 안면
이악물기 습관조절을 위한 박막형 센서장착 구내장치 개발과 임상실험
단국대학교 치과대학 구강내과학 교실1․단국대학교 공과대학 전기공학과교실2
이 동 헌
1․김 기 석
1․남 현 도
2․한 경 호
2이완). 그리고 나서 습관을 조장하는 사회환경적인 요 소를 제거하도록 한다. Ärosenbaum과 Ayllon12은 이 런 방법으로 치료하여 좋은 결과가 있었음을 보고하 였다.
교합 스프린트가 이갈이의 치료로 사용되기도 한
다.5,13,14,15 이는 치아에 가해지는 충격과 근육의 활성
도를 감소시킨다는 가정하에 사용되며, 또한 이것이 완충대로 작용하여 나쁜 구강 습관을 교정하는 효과 도 있다.
수면연구실(sleep laboratory)에서 audio and video monitoring을 통한 근육의 활성도 를 측정하는 방법16 이 있으나, 이는 낮 시간 동안에는 측정이 불가능하며 비용이 많이 드는 단점이 있다.
이갈이 및 이악물기는 턱관절 장애 및 구강안면 동 통의 원인 요소 중 매우 중요한 부분을 차지함에도 불구하고 아직도 구강 악습관에 대한 객관적이고 과 학적인 연구가 제대로 시행되지 못했으며 뿐만 아니 라 누구에게나 사용될 수 있는 치료법도 개발되지 못 한 실정이다. 이에 본 연구에서는 이갈이 및 이악물기 의 구강 악습관을 객관적이고 정확하게 진단하고 분 석하며, 이런 악습관을 치료할 수 있는 구강내 소형장 치를 개발코자 하였으며, 소형장치에 사용할 박막형 센서를 이용하여 기초적 임상실험을 시행하였다.
Ⅱ. 연구대상 및 연구방법
본 연구는 이악물기 진단 및 치료를 위한 구강 내 장치와 이에 사용된 박막형 센서의 기초 임상실험 등 2가지의 연구로 구성되어있다.
1. 장치개발
(1) 자가인지 저작근 이완장치의 반응 장치개발과 일 차모델 제작
1) 반응장치의 기능
반응장치는 무선 변조된 치아 맞물림 정보를 받아 복조하는 무선 수신기능, 치아 맞물림 압력을 측정하 는 기능, 측정된 압력 정보를 저장하는 기능, 소음, 진 동장치를 구동하는 기능, 저장된 정보를 RS232C 통 신으로 전송하는 기능 그리고 장치의 제어기능을 갖 는다.
① 무선 수신 : 무선 수신기능은 10 KHz 의 반송주파 수를 갖는 on-off keying 방식으로 변조되어 전송 된 치아 맞물림 정보를 복조하여 디지털 신호로
변환한다. 무선신호는 공중을 통하여 수신안테나 에 도달하는데 이때 전송되는 경로는 송신 안테나 와 수신안테나 사이에 직진경로와 송신 무선 파가 주변 여러 장애물에 의한 반사되어 수신안테나에 전달되는 경로가 있다. 이처럼 무선신호의 다중전 달 경로에 의한 왜곡은 원래의 무선신호를 감소시 키며 무선신호의 송신출력이 작을수록 또한 주변 환경의 잡음이 클수록 그리고 신호의 주파수대역 폭이 좁을수록 무선신호의 다중전달경로에 의한 왜곡은 증가한다. 무선신호의 공중파 전력은 송신 안테나로부터 거리의 제곱에 반비례하며 송신안 테나로부터 거리가 멀어질수록 수신되는 무선신 호는 급격히 감소하여 신호 대 잡음비가 크게 감 소하며 신호의 왜곡도 증가한다. 따라서 장애물 및 다중경로에 의한 디지털 신호 즉 치아의 맞물림 정보의 왜곡을 최소화 할 수 있는 디지털 신호의 가변주파수 범위를 실험에 의하여 최대 약 2 KHz 이하의 범위에서 치아의 맞물림 정보의 왜곡을 최 소화하여 얻을 수 있었다.
② 치아 맞물림 압력 측정 : 수신되어 복조된 디지털 신호는 치아의 신호의 주파수 변화 값에 의하여 치아의 맞물림 압력의 변화를 나타낸다. 치아의 맞 물림 압력을 측정하기 위하여 수신된 디지털 신호 이 주파수를 측정한다. 치아의 맞물림 압력의 최대 값과 최소 값의 범위를 디지털 신호의 주파수로 0
Hz에서 2047 Hz의 범위 가 되도록 하였으며 이를 위하여 Real time clock에서 125 ms의 펄스를 발 생하도록 하고, 이를 마이크로프로세서의 인터럽 트 입력신호로 사용하여 CPU가 125 ms마다 디지 털 신호의 주파수, 즉 치아의 맞물림 압력을 측정 하도록 하였다.
③ 치아 맞물림 압력 정보 저장 : 측정된 치아의 맞물 림 압력 값은 125 ms마다 측정되어 8비트의 값으 로 저장된다. 데이터는 전원 차단 시에도 보존되도 록 NVSRAM에 저장되며, 32K 바이트의 NVSRAM을 사용하며 32K bite의 NVSRAM을 사용할 경우 4000개의 프레임을 저장할 수 있다.
저장 용량을 증가하기 위하여 최대 64K bite의 NVSRAM 을 사용할 수 있다.
④ 소음 및 진동 장치 구동 : CPU는 치아 맞물림 압 력을 125 ms마다 측정하여 기준값과 비교하여 압 력이 기준값 이상이면 CPU의 출력포트에서 포토 커플러를 거쳐 릴레이 구동신호를 발생하며 릴레 이 구동 출력은 소음 또는 진동 장치를 구동한다.
CPU의 출력포트는 2개의 신호를 각각 포토 커플 러에 연결하여 출력포트 2개의 신호중 한 개가 오 동작 및 잡음에 의하여 구동되어도 릴레이 구동신 호를 발생하는 것을 방지하며 출력포트 2개의 신 호가 모두 구동될 경우에 릴레이 구동신호가 발생 하도록 하여 잡음에 의한 오동작 발생의 가능성을 감소시켰다.
⑤ 직렬 통신에 의한 호스트 컴퓨터로 데이터 전송 : CPU는 RS-232-C 직렬통신으로 호스트 컴퓨터와 연결하여 저장된 치아 맞물림 압력정보를 호스트 컴퓨터로 전송할 수 있다. 전송방식은 19200 buad 의 전송속도를 가지며 8비트의 데이터, 1비트의 시 작 비트 그리고 1비트의 종료 비트를 갖는다. 초당 19200비트의 전송 속도로 32K bite의 데이터를 모 두 전송하는데 약 18초정도 소요된다. 호스트 컴퓨 터에서는 전송된 데이터를 분석하여 치아 맞물림 정보를 호스트 컴퓨터에서 전송 받아 치아 맞물림 습관을 알 수 있으며 모뎀을 연결하면 원거리에 있는 호스트 컴퓨터에 데이터를 전송할 수 있어 원격 진단 시스템으로 이용할 수 있다.
⑥ 기능 제어 입력 기능 : 반응장치의 기능은 치아 맞 물림 압력 정보 저장, 소음 및 진동장치 구동 기능 이외에 Real Time Clock의 날짜 및 시간의 조정,
Table 1. The function and particular function of the reaction device
기능 세부기능 기능설명
날짜조정 기능
(Real time clock 칩의 날짜 를 변경하고 저장)
연도 조정 연도를 1990-2090년까지 증감
월 조정 월을 1에서 12까지 증감
일 조정 일을 1에서 31까지 증감
요일 조정 요일을 SUN에서 SAT까지 증감
시간조정 기능
(Real time clock 칩의 날짜 를 변경하고 저장)
시간 조정 시간을 1에서 12까지 증감
분 조정 분을 0에서 59까지 증감
초 조정 초를 0으로 설정
오전/오후 조정 AM/PM 가운데 선택
치아 압력표시 및 구동 기준 값 설정
치아 맞물림 압력 표시 현재 치아 맞물림 압력측정값과 시간표시
구동 기준값 조정 현재 치아 맞물림 압력측정값과 구동 기준값 증감(16진수)
데이터 전송기능 전송 시작 기능 NVSRAM에 저장되어 있는 치아 맞물림 압력 데이터를 전
송 시작함
초기화면 복귀 기능 초기화면 복귀 기능 현재의 상태에서 무조건 초기화면으로 복귀하여 현재의 날
짜 및 시간 표시함
소음 및 진동 구동 기준값 설정, 직렬통신에 의한 정보의 전송 기능 및 LCD화면에 정보 표시기능을 가지고 있으며 이들의 기능은 키보드에 의하여 사 용자가 선택할 수 있다. 각 기능의 세부 선택기능 은 Table 1과 같다.
2) 반응 장치의 구성
반응장치는 일반적으로 구할 수 있는 범용 소자를 사용하여 설계, 개발하였으며 크기 및 소모 전력을 최 소화하기 위하여 CMOS VLSI 소자를 사용하였으며 CPU의 내부 메모리를 이용하기 위하여 프로그램은 어셈블리어로 작성하여 4K bite 이내가 되도록 하였 다. 반응장치는 CPU, Real Time Clock, NVSRAM, 카운터, 키보드 및 LED 컨트롤러, LCD 표시장치, 그 리고 RS232C통신 포트로 구성되었다. 반응장치의 구 성은 Fig.1과 같다.
① CPU : 반응장치의 주 제어를 담당하는 소자이며 ATMEL 사의 8비트 마이크로 콘트롤러 89C51을 사용하였다. CPU는 11.0952 MHz의 클럭에 의하 여 동작하며 내부에 4K bite의 프로그램 메모리와 128bite의 데이터 메모리를 가지고 있다. 외부 데 이터 메모리 영역은 64K bite의 범위를 가지며 직 렬통신을 위하여 직렬데이터의 송신포트와 수신
Fig. 1. The structure of the reaction device
포트를 설정할 수 있다. 내부의 4K bite의 프로그 램 메모리에는 반응장치를 제어하는 프로그램이 저장되어 실행되며 내부의 128 bite의 데이터 메모 리에는 프로그램에서 사용되는 변수 값들이 저장 된다. ATMEL사의 89C51 은 내부 프로그램 메모 리가 Flash형태로 프로그램의 내용을 전기적으로 삭제하고 다시 기록할 수 있어 프로그램의 변경 및 업그레이드가 용이하며 내부 프로그램의 복사 를 방지하기 위한 소프트웨어 잠금기능이 있다. 직 렬 통신을 위하여 11.0592 MHz 의 클럭을 내부 카 운터에 의하여 분주하여 19200 baud의 속도와 1비 트의 시작 비트, 8비트의 데이터, 1비트의 종료 비 트를 갖는 직렬통신을 하도록 초기화하였다. 직렬 송, 수신 데이터는 직렬 송신 포트와 직렬 수신 포 트를, 그리고 접지선의 3선에 의하여 호스트 컴퓨 터와 데이터 통신을 할 수 있다. 이 경우 수신기능 은 인터럽트(interrupt)로 처리하고, 수신기능은 폴 링(polling)으로 처리한다. 89C51 CPU는 5개의 외 부 인터럽트를 처리 할 수 있다. 외부 인터럽트는 키 입력 시 발생하는 인터럽트, Real Time Clock 이 128 msec 마다 발생하는 인터럽트, 그리고 데 이터 수신시 발생하는 인터럽트 3가지를 처리하도 록 하였다. 키 입력 인터럽트는 기능 및 세부 기능 을 선택하는 키 입력이 발생할 때마다 키보드 및 LED컨트롤러(Intel 8279)가 CPU에 발생하는 신호 로써 CPU는 키보드 인터럽트 발생 시 발생한 키 입력정보를 컨트롤러로부터 받아 기능 및 세부기 능을 선택하며 선택된 기능 및 세부 기능에 따라 해당하는 프로그램을 수행한다. Real Time Clock 에서 128 msec의 주기로 발생하는 인터럽트 신호
Fig. 2. The photo of developed device
가 입력되면 CPU는 무선 수신부에서 수신된 치아 맞물림 압력 신호의 주파수 카운터 값을 읽어들인 다.
3) 개발시제품
반응장치의 시제품을 인쇄회로 기판에 제작하였 다.(Fig. 2) 크기는 5cm x 10cm이며 무선 수신부는 무선 잡음의 차단을 위하여 CPU등의 디지털 회로와 분리하였으며 알루미늄 박지에 의하여 안테나를 제 외하고 외부와 차단하였다.
2. Piezo sensor의 임상 적용 실험
본 실험에서는 앞에서 개발한 구강 내 장치에 사용 되는 piezosensor가 임상적으로 적용시 이악물기의 양상을 분석하는데 유용한지에 대하여 조사하였다.
(1) 실험대상
대상자들은 실험전 구강내검사및 두개하악장애 검 사를 시행하였으며, 이에 따라 정상적인 치아와 치열 을 가지며, 치과보철물 등이 없고, 치주질환이 없으 며, 악관절장애의 증상과 징후가 없는 20대 치과대학 생 남자 11명을 대상으로 하였다.
(2) 장치물 제작방법
위의 실험대상자의 상악을 치과용 알지네이트로 인상채득하였다. 이 인상체를 이용하여 경석고 모델 을 만들었다. 모델 상에 연필로 전치부의 순측은 치아 고경의 절단면 1/3높이로 구치부 협측은 치아고경의 1/2높이로 구개면은 치은연에서 10-12mm하방으로
Fig. 3. The circuit connected with covered piezo- sensor attatched at canine guidance
연장하여 장치물의 외형을 그렸다. 진동압축기에 설 치하고 1.5mm의 투명레진판을 압축기에 부착한 후 열을 가한 후 충분히 유연해진 레진판을 모형상에 찍 은 후 연필로 그려둔 형태대로 과잉부위를 잘라냈다.
구강내 장착시 불편감이 없도록 윤택과정을 거쳐 대 상자 각각에게 맞는 상악용 근육이완장치를 제작했 다. 이때 실험을 위하여 상악우측견치부만 견치유도 면을 제작하도록 한 후, piezo sensor를 탄성의 치과 용 레진으로 피복하여, 견치유도면에 피복된 센서를 설치, 고정한 후 회로기판과 컴퓨터에 연결하였다.
(Fig. 3)
(3) 측정방법 및 조사내용
1) clenching pattern에 따른 sensor의 변화 본 실험에서는 piezosensor의 변화양상을 비교하여 이악물기의 양상을 구분할 수 있는지 조사하였다.
11명의 대상자들로 하여금 다음과 같이 가능한 8가지 방법으로 장치를 깨물었다 떼도록 지시하고 이 때의 변화를 측정한 후 변화량에 대한 적분값을 비교하였 다.
ⅰ. 빨리 깨물었다 빨리 떼기 (ff)
ⅱi. 빨리 깨물었다 천천히 떼기 (fs)
ⅲ. 빨리 깨물고 이 상태를 유지하다 빨리 떼기 (fcf)
ⅳ. 빨리 깨물고 이 상태를 유지하다 천천히 떼기 (fcs)
ⅴ. 천천히 깨물었다 빨리 떼기 (sf)
ⅵi. 천천히 깨물었다 천천히 떼기 (ss)
ⅶ. 천천히 깨물고 이 상태를 유지하다 빨리 떼기
(scf)
ⅷ. 천천히 깨물고 이 상태를 유지하다 천천히 떼기 (scs)
2) 일정한 저작압에 대한 sensor의 변화
두 번째 실험에서는 일정한 힘으로 빠른 이악물기 와 서서히 시행한 이악물기시의 센서의 변화량을 조 사하고 상관관계를 분석하여 이악물기시의 하중을 유추하고 비교할 수 있는지 조사했다.
7명의 대상자에게 센서 위에 교합력 측정계 (MPM-3000, Morita Corp., Japan)를 설치한 상태로 먼저 빠른 이악물기를 시행케 한 후 나타난 교합력과 동일한 힘으로 천천히 이를 악물게 하였다. 빨리 악물 었을 때의 그래프상의 적분값을 구하고 서서히 동일 한 힘으로 이를 악물었을 때 나타나는 그래프 상의 적분값을 구하여 서로 비교하고 상관관계를 분석하 였다.
(4) 통계처리
이악물기 유형에 따른 적분값의 차이가 있는지 확 인하기 위하여 적분한 값들에 대하여 Abacus사의 StatView4.0 통계 프로그램을 사용하여 다중비교 t- 검정을 시행하였다. 또한 신속한 이악물기의 교합력 과 천천히 시행한 이악물기시의 교합력간에 유의한 상관관계가 있는지 확인하기 위하여 paired t-test와 correlation test를 시행하였다.
Ⅲ. 연구결과
1. Clenching pattern에 따른 sensor의 변화
그림 4,5에서 보는 바와 같이 빨리 깨물었다 빨리 떼기(ff)와 빨리 깨물었다 천천히 떼기(fs)는 piezo 센 서가 한동작으로 인식하므로 한 개의 그래프 만을 나 타내어 적분값은 제로가 된다. 이는 두 번째 그래프가 나타나지 않기 때문이다. 그러나 빨리 깨물었다 천천 히 떼는 경우는 피검자의 상태에 따라 작은 그래프가 나타나는 경우가 있으며 따라서 매우 작은 적분값을 나타낼 수 있다(Table 2)
Table 2과 3, 그리고 Fig. 4에서 11을 보듯이 ff1은 fs1, fcf1, fcf2, sf2를 제외하고 모든 형태에서 유의한 차이를 보이며, ff2는 fs2를 제외한 모든 형태와 유의 한 차이를 나타낸다. fs1은 ff2, fs2, fcs2, ss1, ss2, scs2와 fs2는 ff1, fs1, fcf1, fcf2, fcs1, sf1, ss2, scf2,
Table 2. The mean integral value and standard deviation by Clenching pattern
Mean Std.Dev Sample size
ff1 503.727 272.526 11
ff2 0 0 11
fs1 523.091 585.233 11
fs2 18.545 48.209 11
fcf1 418 255.57 11
fcf2 597.273 522.178 11
fcs1 459.636 286.61 11
fcs2 156.727 288.991 11
sf1 157.273 143.821 11
sf2 465.909 386.157 11
ss1 73 91.386 11
ss2 79.273 110.765 11
scf1 143.455 107.328 11
scf2 365.364 191.687 11
scs1 124.455 121.239 11
scs2 104.273 148.407 11
ff1 ; The integral value for biting of ff group, ff2 ; The integral value for seperating of ff group fs1 ; The integral value for biting of fs group, fs2 ; The integral value for seperating of fs group fcf1 ; The integral value for biting of fcf group, fcf2 ; The integral value for seperating of fcf group fcs1 ; The integral value for biting of fcs group, fcs2 ; The integral value for seperating of fcs group sf1 ; The integral value for biting of sf group, sf2 ; The integral value for seperating of sf group ss1 ; The integral value for biting of ss,
ss2 ; The integral value for seperating of ss group scf1 ; The integral value for biting of scf group, scf2 ; The integral value for seperating of scf group scs1 ; The integral value for biting of scs group, scs2 ; The integral value for seperating of scs group
scs와 유의한 차이가 있다. fcf1은 ff2, fs2, fcs2, sf1, ss1, ss2, scf1, scs1, scs2와, fcf2는 ff2, fs2, sf1, ss1, ss2, scf1, scs1, scs2와 유의한 차이를 보여준다. fcs1
Fig. 4. The graph of the integral value(ff) on fast biting and fast eperating
Fig. 5. The graph of the integral value on fast biting and slow seperating(fs)
Fig. 6. The graph of the integral value on fast biting, continuing biting and fast seperating(fcf)
은 ff1, ff2, fs2, ss1, ss2, scf1, scs1, scs2와, fcs2는 ff1, ff2, fs1, fcf1, sf2와 유의한 차이를 보여준다. sf1 은 sf2, ff1, ff2, fs2, fcf1, fcf2, scf2와, sf2는 ff2, fcs2,
Fig. 7. The graph of the integral value on fast biting, continuing biting and slow seperating(fcf)
scf1, scs1, scs2간에 유의한 차이를 나타낸다. ss1은 ff1,ff2, fs1, fcf1, fcf2, fcs1, scf2와, ss2는 ff1, ff2, fs1, fs2,fcf1, fcf2, fcs1, scf2간에 유의한 차이가 있다.
scf1은 ff1, ff2, fcf1, fcf2, fcs1, sf2와, scf2는 ff1, ff2, fs2, sf1, ss1, ss2, scs1, scs2 간에 유의한 차이를 보
Fig. 8. The graph of the integral value on slow biting and fast seperating(sf)
여주며 scs1은 ff1, ff2, fs2, fcf1, fcf2, fcs1, sf2, scf2 와 , scs2는 ff1, ff2, fs1, fcf1, fcf2, fcs1, sf2, scf2간에 유의한 차이를 나타내었다.
Table 3. The multiple comparison t-test for the mean integral values measured according to Clenching pattern
ff1 ff2 fs1 fs2 fcf1 fcf2 fcs1 fcs2 sf1 sf2 ss1 ss2 scf1 scf2 scs1 scs2 ff1(101.818)
ff2(0.000) *
fs1(71.364) *
fs2(1.727) * *
fcf1(63.909) * *
fcf2(94) * * * *
fcs1(66.091) * * *
fcs2(5.091) * * *
sf1(10.182) * * * * *
sf2(82.545) * *
ss1(5.364) * * * * * *
ss2(5.636) * * * * * * *
scf1(9.364) * * * * * *
scf2(90.182) * * * * * *
scs1(8.818) * * * * * * * *
scs2(4.273) * * * * * * * *
* : statistically significant(p<0.05)
Table 4. The integral and peak values of piezo sensor and the bite force measured on fast biting and fast seperating (ff) and continous biting(c) according to bite force.
subject turn force(kg) ff-peak ff-integ1 ff-integ2 ff-time c-peak c-integ1 c-integ2 c-integ3
1 1 2 102 302 335.6 9 2 72 5.4 4.9
2 2 107 882 588 15 5 111 7.2 10.8
3 3 98 278 308.9 9 14 147 9.4 8.5
4 3 102 616 560 11 16 203 13.1 14.4
5 2 109 802 729.1 11 4 59 3.3 3.6
2 1 3 109 910 827.3 11 12 224 14.5 16
2 2 107 320 355.6 9 11 128 8.2 7.3
3 2 31 100 200 5 4 90 5.9 2.9
4 1 57 114 380 3 6 84 5.4 1.6
5 2 103 326 465.7 7 6 86 5.6 3.9
3 1 4 101 518 157 33 5 65 4.2 13.8
2 4 109 262 154.1 17 6 88 6.5 11.1
3 3 100 286 150.5 19 3 65 4 7.6
4 6 76 561 187 30 3 65 4.2 12.5
5 3 81 450 166.7 27 5 92 5.9 16
4 1 1 92 322 644 5 7 118 7.9 3.9
2 1 83 211 131.9 16 3 30 2 3.2
3 5 109 792 880 9 19 371 25.1 22.6
4 5 109 1050 807.7 13 12 366 24.4 31.7
5 3 109 592 845.7 7 12 240 15.6 10.9
5 1 4 105 358 325.5 11 22 246 16.1 17.7
2 3 102 746 678.2 11 23 236 18.6 20.4
3 2 21 92 102.2 9 14 349 22.2 20
4 2 108 808 734.5 11 9 302 18.8 20.6
5 5 65 214 305.7 7 19 447 28.1 19.7
6 1 1 10 20 66.7 3 3 29 2 0.6
2 1 67 134 446.7 3 1 32 2.2 0.7
3 4 108 836 643.1 13 18 303 20.5 26.6
4 5 109 874 672.3 13 8 175 11.7 15.3
5 2 103 326 465.7 7 5 101 6.8 4.7
7 1 1 109 217 361.7 6 1 8 0.5 0.3
2 2 102 356 508.6 7 1 4 0.3 0.2
3 2 45 90 300 3 3 72 4.8 1.4
4 2 105 340 485.7 7 2 40 2.7 1.9
5 4 104 854 776.4 3 4 118 7.8 8.5
ff ; fast biting and fast seperating. c ; continuous biting. integ1 ; total integral value, integ2 ; integral value for the unit time (10t). ff-time ; the time of ff. c-integ3 ; the integral value of contiuous biting of the same subject for ff-time.
Fig. 9. The graph of the integral value on slow biting and slow seperating(ss)
Fig. 10. The graph of the integral value on slow biting, continuing biting and fast seperating(scf)
Fig. 11. The graph of the integral value on slow biting, continuing biting and slow seperating(scs)
Table 5. The correlation among the integral values of fast biting and slow biting(ff) and continuous biting and the bite force
Correlation
coefficient Count P-value Bite force: ff/sec 0.193 35 p>0.05 Bite force: c/sec 0.537 35 p<0.001
ff/sec: c/sec 0.427 35 p<0.01
2. 교합력과 그 적분값의 비교
Bite force에 따르는 이악물기 힘간의 상관관계에 대해서는 Table 5와 6을 보면 빠른 이악물기와 bite force간에는 유의한 상관관계를 볼 수 없으나 지속적 인 이악물기인 경우에는 force의 변화에 따라 유의한 관련이 있음을 알 수 있다. 또한 앞에서 설명한 ff와 bite force간에 상관관계가 없었음에도 불구하고 단위 시간당 ff와 c간에는 유의한 상관관계를 볼 수 있었 다.
Ⅳ. 총괄 및 고찰
이악물기 및 이갈이는 측두하악장애 및 두경부 근 육장애의 중요한 유발요인이나 악화요인으로 여겨지 고 있다. 또한 임상적으로 중장년층의 치아질환중 과 도한 교모나 외력에 의한 손상으로 인한 치아질환이 적지 않음을 알 수 있다. Okeson 등에 따르면 수면중 과 같은 무의식 상태에서의 이갈이나 이악물기는 보 호반사의 부재로 인해 그 위해효과가 더욱 크다고 이 야기하고 있다. 그러나 이와 같이 두경부의 근골격계 질환 및 치아질환 중요한 원인의 하나인 이갈이 및 이악물기에 대해서는 아직까지 많이 알려진 바가 없 다. 그 이유로는 여러 가지가 있을 수 있으나 가장 중 요한 이유로 이갈이나 이악물기를 정확히 진단할 수 있는 방법이 아직 없다는 점이다. 이갈이 및 이악물기 에 대한 연구를 위해서는 객관적이고 과학적인 측정 방법이 있어야 한다. 그동안 이갈이 및 이악물기를 조 사하기 위해 여러 방법이 고안되었다. 가장 고전적인 방법으로 구강내 사용 장치의 교합면21 (bruxscore)이 나 자연치26 에서 마모된 면의 넓이와 깊이를 측정하 는 방법이 있다. 이 방법은 우선 정확한 측정이 어렵
고 언제 이갈이나 이악물기가 일어났는지 알 수 가 없으며 치아의 교모를 일으키지 않는 이악물기의 경 우 알아내기가 어렵다. 그리고 splint 상에서의 마모 의 측정은 splint가 피검자의 고유수용감각을 변화시 켜 평소의 이갈이나 이악물기 습관을 변화시킬 가능 성이 있다. 가장 쉽게 알아보는 방법으로 환자에게 또 는 환자와 잠을 같이 자는 가족에게 직접 물어보는 방법이 있다. 그러나 많은 경우 자신이 이를 갈거나 깨무는 것을 잘 알지 못하는 경우가 대부분이며 가족 도 이갈이 시의 소리로만 판단하기 때문에 신뢰성에 의심이 간다. 보행용 장비(ambulatory systems)를 이 용한 근육의 활성도의 변화를 측정하는 방법이 있
다.15,18 이 방법은 측정값이 이갈이나 이악물기에 특
징적이지 않다. 수면연구실(sleep laboratory)에서 기 계관찰을 통한 근육의 활성도를 측정하는 방법16 이 있다. 이 방법은 가장 정확하다고 할 수 있으나 낮 시 간 동안에는 측정이 불가능하며 비용이 많이 들어 현 실적으로 어려운 점이 있다. 그리고 이러한 방법들은 아직까지 이갈이에 대해 개략적인 면만 알 수가 있다 고 말할 수 있다. 이갈이 및 이악물기의 원인을 파악 하고 이것들이 어떻게 여러 질환이나 증상과 관계가 되며 치료를 했을 경우 얼마만한 효과가 있나 하는 것들을 알려면 좀더 자세하게 측정하고 기록하는 방 법이 있어야 한다. 따라서 구강 내 장착하여 이갈이에 의한 부작용을 차단하며 장치 내 센서를 통한 이갈이 등에 대한 정보의 수집은 이갈이에 대한 기전을 조사 하는데 최소한의 불편과 경비로 가능하다는 점에서 도움이 될 것이다.
구강 내 장착하는 장치는 타액에 항상 접촉되고 있 다. 따라서 장치 내에 매식한 부품 및 기기들의 타액 접촉으로 인한 기기 오작동 및 파손 방지가 최대의 관심사라 할 수 있다. 현재로서는 제작여건상 압력센 서의 교합력에 의한 파손을 방지하고 센서의 타액접 촉을 방지하기에는 적합치 않은 상태이다. 다시 말해 서 센서의 상면에서 타액방지와 치아에 의한 센서의 파손을 방지할 수 있으면서 치아가 접촉시 압력을 센 서에 전달할 수 있는 재료 즉 소프트한 레진을 이용 할 필요가 있다. 치과에서 사용되는 재료 중에는 소프 트레진이 다양하게 있다. 이들 중에서 이러한 단점을 해결할 수 있는 재료를 찾기 위하여 실험실적, 임상적 인 연구를 시행할 것이며 경수지와 연수지를 완벽하 게 접합시킬 수 있는 방법을 향후 조사하여 개발해야 할 것이다.
본 연구에서 개발하고자 하는 기기는 구강 내에 설
치되어야 함으로 크기 및 형태의 제한을 받으나 구강 악습관 진단에 이용하기 위해서는 이를 악무는 힘의 크기, 방향, 이를 악무는 시간 등의 다양한 정보를 필 요로 하여, 이의 해결이 가장 어려운 문제이다.
본 연구에서는 센서 및 제어 시스템과 반응 엑츄에 이터 시스템을 분리하여 센서 및 제어 시스템과 무선 송신기는 구강 내에 장치하고 무선 수신기와 반응 엑 츄에이터 시스템을 외부에 장치하여 두 시스템 사이 에 무선으로 데이터를 주고받게 하여 이를 해결코자 하였다. 그러나 반응장치와 압력센서는 무선전송에 의하여 치아 맞물림 압력 데이터를 전송한다. 그러므 로 반응장치와 압력센서가 작동하는 환경에 대하여 잡음에 의한 데이터의 오류가 발생할 가능성이 높다.
또한 송신파의 출력이 낮을수록 잡음에 대하여 영항 받기 쉬우며 반응장치와 전달되는 거리도 적게는 수 십 센티미터 이하로 줄어들며 송신 방향에 따른 주위 환경의 영향도 크게 받는다. 따라서 임상실험을 거쳐 실지 착용자가 활동하는 일반 환경에서 압력 센서와 반응장치 사이의 무선데이터 전송의 신뢰성을 높이 도록 개선할 필요가 있다. 동시에 임상 실험을 통하여 치아의 압력 데이터 베이스를 구축하여 치아의 습관 에 따른 현재 및 예상되는 문제점을 진단하는데 도움 이 되도록 임상실험 단계에서 장치의 회로 및 프로그 램을 개선하고 보완해야 할 것이다.
1997년 Korioth 등19은 이를 악물었을 때 생기는 힘 을 전치부에서 miniature load sensor로 측정하였다.
이는 전치부 한 곳에서 가해지는 load의 세기 (magnitude)와 방향을 측정할 수 있다. 이 load sensors는 깨물었을 때 생기는 힘을 3축에서 세기를 측정하고 힘의 moment도 신뢰성 있게 측정하였다.
그러나 장치의 크기 때문에 다양한 치아간 접촉 양상 에 따른 동적인 또는 저작시의 힘을 측정하기는 어렵 다고 보고하였다. 1989년 Falk 등20은 strain gauge를 이용하여 치과 implant에 가해지는 힘을 측정하였다.
1993년 Glantz 등21도 strain gauge를 이용하여 치과 implant에 가해지는 힘을 측정하였는데 힘의 양상이 매우 복잡하며 대상자간에 차이가 많았다고 보고하 였다. 1992년 Merickse-Stern 등22도 piezoelectric transducers를 이용하여 치과 implant에 가해지는 힘 을 측정하여 비슷한 결론을 얻었다. 1997년 Kikuchi 등23은 상악에 acrylic 레진의 장치물을 만들고 여기 에 strain gauge를 하악 견치, 제2소구치, 제1대구치, 제2대구치가 교합되는 곳 4군데에 설치하여 저작압 을 측정하는 실험을 하였다. 이 연구에서 좌우 양측으
로 이악물기시 구치부로 갈수록 저작압이 증가하고 편측으로 악물었을 때는 견치부에서 가장 큰 힘이 측 정되었다. 본 연구에서는 안정교합상을 사용하여 견 치부에만 센서를 설치하였다. 이는 저작압력을 조사 하는 것이 아니라 이악무는 순간 이악물기를 억제하 는 장치의 개발이 궁극적 목표이기 때문이다.
본 연구에서 나타난 결과들을 종합하면 piezo- sensor를 이악물기 진단 및 치료장치의 센서로 사용 하는 경우 이악물기 속도에 따라 그래프형태의 pattern이 뚜렷이 구분되므로 이악물기 습관 분석에 도움이 되나 속도와 교합력간에는 유의한 상관관계 가 없어 직접적으로 이악물기의 힘을 측정하는데는 어려운 점이 있을 것이다. 그러나 지속적인 이악물기 는 교합력과 유의한 상관관계가 있고 또한 빠른 이악 물기와도 유의한 상관관계가 나타나는 것으로 보아 환자에게 미리 지속적인 이악물기의 교합력을 측정 하여 기준을 설정하면 빠른 이악물기의 교합력도 추 정할 수 있으리라 가정해볼 수 있다. 이를 위해서는 소프트웨어적으로 더욱 개발 연구해야하는 과제가 될 것이다.
결론적으로 본 연구에서 사용한 piezosensor는 구 강악습관 특히 이갈이나 이악물기의 시간, 주기, 양상 등을 분석하는데는 유익한 센서로서 활용가치가 있을 것으로 사료되나 지속적인 전원의 사용으로 밧데리의 수명이 길지 않게 되는 단점이 있어 치료 목적으로 이 악무는 순간 차단하는 장치를 위해서는 단순한 압력 센서의 개발 또는 응용이 필요하다고 사료된다.
V. 결 론
이갈이나 이악물기 등의 구강악습관은 치아 등 구 강조직에 직접적으로 영향을 미칠 뿐만 아니라 턱관 절장애를 야기할 수 있는 요인이므로 간과할 수 없는 습관이다. 특히 무의식 상태나 수면시 악습관의 진단 은 치료의 필요성을 인식하는 데 매우 중요하다. 본 연구는 이러한 악습관을 진단 분석할 수 있는 소형 구강내 장착용 장치를 개발하고 특히 주요한 압력센 서의 임상적용에 대하여 실험하였다. 연구결과 정보 입력장치와 정보처리 및 반응장치를 분리시킴으로 구강내 장치에 모든 부품을 삽입하여 소형화 할 수 있었으며, 이 기기에 사용되는 압력센서인 piezo- sensor는 교합력을 분석하기에는 향 후 연구가 더욱 요구되나 악습관의 시기, 시간, 주기, 양상 등을 분석 하는 데에는 층분히 도움이 된다고 할 수 있다.
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1316-25,1997.
Corresponding Author : Ki-Suk Kim, Professor, Department of Oral Medicine, School of Dentistry, Dankook University, San 7-1, Shinbudong, Cheonan, Choongnam 330-716, Korea
-ABSTRACT-
Clinical Study and Development of Piezosensor Based Appliance for Clenching Control
Dong-Heon Lee1, D.D.S.,M.S.D.,Ph.D. Ki-Suk Kim1, D.D.S.,M.S.D.,Ph.D.
Hyun-Do Nam2, M.S.,Ph.D. Kyung-Ho Han2, M.S.,Ph.D.
Dept. of Oral Medicine, College of Dentistry, Dankook university1 Dept. of Electrical Engineering, College of Engineering, Dankook university2
Parafunctional activity of the masticatory system includes phenoma such as clenching of the teeth and bruxism.
Nocturnal parafunctional activity is a problem for many patients in that it can lead to masticatory muscle and temporomandibular pain. Some researches reported that a properly adjusted stabilization appliance would reduce nocturnal bruxism. Others used EMG to evaluate patients with bruxism and agreed that splints decreased muscle activity during the period of their use. The muscle relaxation appliance is the most commonly recommended type of appliance for the treatment of clenching or bruxism. In this study, the appliance based on the muscle relaxation appliance was developed with a microprocessor, real time clock, nonvolatile read write memory and dual serial communication ports. A microprocess, pressure sensors and a battery were embeded into the conventional appliance.
The piezosensor was used as a pressure sensor in this appliance. To investigate the effectiveness of the piezo sensor and to analyze the characteristics of clenching or bruxing, various clenching patterns were studied. Results indicated that it would be helpful for the piezo sensor used in this study to analyze the time, duration and pattern of parafucntion such as clenching or bruxing but further researches are required to analyze the bite force during clenching or bruxing.
