치과용 임플란트는 상실된 치아를 대체하여 구강 기능을 회복[1,2]할 수 있지만, 정기적인 유지관리가 부적절할 경우에는 총 세균 부하의 증가와 더불어 임플란트 주위 질환이 발생될 위험성이 높아진다[3]. 현재는, 임플란트 주위점막염과 임플란트 주위염이 흔하게 발생하며[4], 특히 임플란트 주위염은 관리하기가 어렵고 심각한 병적인 상태를 동반하므로 임플란트 치료 계획을 세울 때부터 임플란트 주위 질환의 예방을 시작해야 한다고 보고되었다[5,6].

임플란트 주위염 치료의 가장 중요한 목표는 임플란트 표면에 있는 생체막과 오염물질을 제거하는 것이다[7]. 그러나, 임플란트 주위염으로 임플란트 나사가 노출된 경우 오염물질은 주로 나사산 사이에 모여 있으며[8], 첨부에 있는 잔사들은 제거하기 어려우므로[9] 생체막이나 오염물질을 제거할 때 임플란트 표면에 대한 접근이 용이한 기구를 선택하는 것도 중요하다.

임플란트 표면의 오염물질을 제거하기 위하여 기계적인 방법, 화학적인 방법, 레이저 등이 연구되고 있으나 아직까지 단 한 가지 가장 우수한 방법은 없다고 보고되고 있으며[10], 에어폴리싱이나 티타늄 브로쉬 등이 추천되고 있다[7,11].

이 연구에 사용된 자기변형 초음파 스케일러(magnetostrictive ultrasonic scaler)는 팁이 가늘고 단면이 원형으로 되어 있어 치근면에 대한 접근이 용이하며 기계적인 진동과 공동화 작용, 초음파의 미세 흐름 등의 기능이 있어 치근면 처치와 세균 제거에 유용하며 다른 초음파 스케일러에 비해 거칠기가 적다는 이점이 있다고 보고[12,13]되었다. 반면, 이 스케일러를 임플란트에 사용했을 때에는 그 표면을 변형시켜 잠재적으로 세균의 재균락화를 쉽게 할 수 있다고 보고[14]되어 있으나, 각 출력에 따른 거칠기와 무게 변화에 관한 세부적인 연구는 미미한 실정이다.

따라서, 이 연구는 임상에서 자주 사용하는 자기변형 초음파 스케일러 팁이 티타늄 합금 디스크에 끼치는 영향을 평가하고자 시행되었다.

실험재료와 사용된 스케일러

이 연구는 금속의 자기변형 초음파 스케일러 팁인 PowerLINE (FSI-PWR-1000) (metallic magnetostrive ultrasonic scaler tip; Cavitron, Dentsply Sirona, Charlotte, NC, USA)이 티타늄 합금 디스크(Dentium, Seoul, Korea) 표면에 끼치는 영향을 평가하고자 시행되었다.

18개의 IV급 티타늄 시편(Dentium)을 두께 5 mm, 직경 10 mm의 디스크 형태로 제작하였으며(Fig. 1), 스케일러 팁 PowerLINE (FSI-PWR-1000)은 30 KHz 초음파 발생기에 장착시켜 표면에 변화를 발생시켰다(Table 1, Fig. 2).

Fig. 1. Titanium disc used in this study.

Fig. 2. Scaler tips used in this study (PowerLINE [FSI-PWR-1000] [Cavitron, Dentsply Sirona, Charlotte, NC, USA]).

실험 모형 제작 및 동력

실험의 일관성을 부여하기 위하여, 전기 모터(리니어모터, Motor bank, Seoul, Korea)와 연결된 수평판 위에 티타늄 시편을 놓고 주수와 함께 스케일러 팁 말단 부위(4.2 mm)의 측면이 분당 30회 속도로 1분 동안 일정하게 8 mm 직선왕복운동을 하도록 실험 모형을 제작 하였다(Fig. 3).

Fig. 3. Magnetostrictive ultrasonic scaler tip attached to electric motor.

스케일러에 출력을 가하지 않았던 것을 대조군(3개)으로 하였고, 출력을 가한 실험군은 제조회사에서 추천하는 푸른색 영역(blue zone) 내에서 팁에 3개의 출력(high power [HP]; medium power [MP]; low power [LP])을 가하여 실험하였다. 시편은 대조군과 출력에 따른 실험 3개군으로 분류하고 각각 3개씩 실험하였으며, 한 명의 치과의사가 시행하였다.

스케일러 팁과 티타늄 디스크의 경도 측정

인덴테이션 실험은 68°의 비커스 인덴터를 사용하였으며, 적용된 하중 함수는 로드, 유지 그리고 언로드 단계로 구성하였다. 하중 함수 조건은 최대하중과 최대하중에서의 유지시간을 각각 300 mN과 10초로 선정하였다. 경도, 탄성계수, 소성 및 탄성변형에너지 등은 인덴테이션 실험에서 획득한 하중-변위 곡선으로 Oliver and Pharr [15] 방법에 따라 산출하였다.

티타늄 시편의 산술평균거칠기와 손상깊이 측정

시편의 산술평균거칠기(average surface roughness, Ra) 값과 손상깊이(damaged height, Rz)는 three-dimensional 레이저 현미경(OLS5000; OLYMPUS, Tokyo, Japan)과 주사전자현미경(SNE-4500M Plus; SEC, Suwon, Korea)으로 그 양상을 관찰하였다.

팁에 출력을 가하지 않고 각 시편의 무게와 Ra 값과 Rz 값을 측정한 것을 대조군으로 하였으며, 스케일러에 3종류의 출력을 가한 후 그 무게와 Ra 값과 Rz 값을 측정한 것을 실험군으로 하였다.

티타늄 시편의 무게 측정

거칠기를 측정하는 기구에 동일한 방법으로 장착하고 6개의 티타늄 디스크에 약 50 g [16]의 스케일러 무게를 주고 주수와 함께 MP와 LP하에서 1시간 동안 작동시킨 후 디스크의 무게 변화를 측정하였다. 그 무게는 전자저울(Adventurer; OHAUS, Parsippany, NJ, USA)로 측정하였다.

통계분석

통계 분석은 SPSS (IBM SPSS version 20; IBM Corp., Armonk, NY, USA) 프로그램을 이용하였다. 대조군과 실험군의 출력에 따른 Ra 값과 Rz 값의 평균과 표준편차를 Kruskal–Walis test 후 Bonferroni’s method로 사후검정을 시행하였고, 디스크의 무게 변화는 Wilcoxon signed test를 시행하였으며, 신뢰수준 95%에서 분석하였다.

티타늄 디스크와 스케일러 팁의 경도

티타늄 디스크와 스케일러 팁(PowerLINE)의 비커스 경도 값이 각각 286.83, 739.83으로 산출되었다. 팁의 경도가 디스크보다 약 2.57배 정도 높은 것으로 나타났다(Table 2).

Ra 값과 Rz 값 분석

Ra 값은 LP, HP, MP 순으로 감소되었다. 대조군과 비교한 경우, LP에서는 대조군에 비해 유의하게 증가하지 않았으며(p>0.05), HP와 MP에서는 유의성 있게 감소하였다(p<0.05). 반면, 실험군들 간에 비교한 경우, 모두 유의한 변화를 보였다(p<0.05).

Rz 값은 LP, MP, HP 순으로 증가되었다. 대조군과 비교한 경우, LP에서는 대조군에 비해 유의하게 감소하지 않았으며(p>0.05), MP와 HP에서는 유의성 있게 증가하였다(p<0.05). 반면, 실험군들 간에 비교한 경우, 모두 유의한 변화를 보였다(p<0.05; Table 3).

주사전자현미경 분석 결과

대조군의 티타늄 디스크 표면은 기계 연마 흔적이 관찰되었다. PowerLINE-LP의 저배율에서는 대조군과 같이 기계 연마 흔적이 나타났으나 고배율에서는 손상 자국이 관찰되었다.

PowerLINE-MP에서 상대적으로 저배율에서 기계 연마 흔적이 두드러지게 관찰되었으며, 고배율에서는 PowerLINE-LP보다 손상 자국이 더 선명하게 관찰되었다.

PowerLINE-HP에서는 기계 연마 흔적이 거의 관찰되지 않았으며 손상 정도는 크지 않았다(Fig. 4).

Fig. 4. Scanning electron microscope images of titanium surfaces with various experimental conditions showed differences depending upon the given powers. (A) In the control group (A: control), only the traces of mechanical polishing were observed. (B–D) (B: PowerLINE-LP, C: PowerLINE-MP, D: PowerLINE-HP) A mixture of the traces of mechanical polishing and damages induced by various setting powers observed. The damaged trace became more pronounced from low power to high power. LP, lower power; ML, medium power; HP, high power.

주사전자현미경 분석 결과

스케일러 팁을 각각 LP와 MP에서 주수와 함께 티타늄 디스크 위에서 1시간 동안 직선왕복을 시켰을 때, LP에서는 유의성 있는 감소를 나타냈으며(p<0.05), MP에서는 유의성 있는 감소를 나타내지 않았다(p>0.05; Table 4).

임플란트 주위질환은 임플란트 주위 조직에 발생된 치태-연관 질환으로, 예방과 치료에 대한 연구가 많이 보고[17-19]되고 있다. 특히, 임상에서 치주질환 치료에 자주 사용되고 있는 초음파 스케일러는 티타늄 표면에 심한 손상을 초래한다고 보고[20]되어 Yen Nee 등[21]은 임플란트에서 금속 팁의 사용을 추천하고 있지 않았다. 그러나, 10년 이상의 추적검사 후에 임플란트 거칠기가 골높이와 임플란트 주위염 정도에 영향을 주지 않았다는 보고[22]를 토대로, 이 연구는 임상에서 사용되고 있는 자기변형 초음파 스케일러 팁이 티타늄 합금 디스크에 끼치는 영향을 평가하고자 시행되었다.

이 연구에 사용된 스케일러 팁은 단단한 부착물을 제거할 때 사용하는 PowerLINE으로, 30 KHz 초음파 발생기에 3종류의 출력을 가한 다음 프로파일러미터를 이용하여 Ra 값과 Rz 값을 측정하였다.

거칠기 분석을 보면, Ra 값은 MP와 HP에서는 대조군에 비해 감소된 반면, Rz 값은 MP와 HP에서는 더 증가되었다.

주사전자현미경 분석을 보면, 대조군에서는 기계 연마 흔적이 관찰되었으나, 실험군에서는 LP에서 HP로 갈수록 고배율에서 손상 자국이 더 선명하게 나타났다.

티타늄 디스크와 스케일러 팁의 경도를 보면, 팁의 경도가 디스크보다 약 2.57배 컸다. 따라서, 팁에 출력이 가해졌을 때 변위 진폭이 발생되어 표면 손상이 발생되는데, 단단한 부착물을 제거할 때 사용되는 PowerLINE의 LP에서는 대조군과 유사한 거칠기를 나타냈다.

주사전자현미경적 소견을 보면, 대조군에서는 단순한 기계적인 연마 흔적만이 관찰되었으나, LP에서 HP로 출력이 변화됨에 따라, 즉 전후 왕복 거리와 진폭이 커짐에 따라 기계적인 연마 흔적과 표면 손상이 혼합되어 관찰되었다.

이 연구에서 출력에 따라 거칠기의 변화가 관찰되어, 임상적인 상황을 고려하여 스켈링 전후의 디스크 무게 변화를 측정하였다. 임플란트 한 개당 1분씩, 1년에 2번, 그리고 30년 동안 유지관리 한다고 가정하여, 디스크에 약 50 g의 하중을 주고 주수와 함께 1시간 동안 직선왕복운동을 시행하였다. 무게 변화는 제조회사에서 추천하는 MP, 그리고 이와 비교하기 위해서 진폭이 작은 LP에서 시행하였다. 그 결과, LP에서는 유의성 있는 감소를 나타냈으나 MP에서는 유의성 있는 감소를 나타내지 않았다.

금속 스케일러 팁을 사용하여 거칠기를 평가한 연구를 보면, 비금속 스케일러 팁보다 금속 스케일러 팁을 사용한 경우에 Ra 값과 Rz 값 모두 증가한다고 보고되었다[23,24]. 반면, Park 등[25]은 금속의 초음파 스케일러 팁이 표면 거칠기를 감소시키고 세균을 제거하는 데 효과적이라고 보고하였다. 이 연구에서는 출력에 따라 거칠기가 감소되었다가 다시 커지는 양상이 나타난 바, 이 자기변형 초음파 스케일러를 사용하고자 하는 임상가는 임상에 영향을 끼칠 수 있는 스케일러 고유의 가변성에 대해서 숙지해야만 한다[26].

자기변형 초음파 스케일러는 출력이 커질수록 전후 왕복 거리와 진폭이 커지는데[27] 티타늄 표면에 영향을 주는 것은 출력이 관련 있을 것으로 생각되며, 또한 금속들 간의 접촉으로 티타늄 표면이 손상될 수 있으므로 하중을 가하는 것도 유의해야 할 것으로 생각된다.

이상의 제한된 연구 결과, 티타늄 표면에 자기변형 초음파 스케일러의 PowerLINE을 사용할 경우 거칠기와 무게 변화는 출력에 영향을 받았다. 따라서, 임상에서 이 스케일러를 사용 시 출력을 조심스럽게 선택해야 할 것이며, 향후 보다 더 다양한 임상적인 조건하에서 연구가 필요하리라 생각된다.

이 논문은 2022년도 조선대학교 치과병원 학술연구비의 지원을 받아 연구되었음.

The authors declare that they have no competing interests.