내측 연결형 임플란트에서 titanium insert의 축벽 높이에 따른 지르코니아 지대주의 파절 강도 분석

Abstract

This in vitro study aimed to analyze fracture strength by varying the axial height of the titanium insert and the labial height of the zirconia abutment in an internal connection implant to identify the titanium insert axial height with optimal mechanical stability. Sixty implants of an internal connection system were used. A two-piece zirconia abutment was used with a titanium insert. Combinations of different titanium insert axial heights (mm) and zirconia abutment labial heights (mm) constituted five groups: Gr1(1-3), Gr2(3-3), Gr3(3-5), Gr4(5-3), and Gr5(5-5). After thermocycling, a fracture load test was performed with a universal testing machine. The initial deformation load and the fracture load were measured and analyzed. The fractured surface and crosssection of the specimens were examined by scanning electron microscopy (SEM). 1. The titanium inserts with an axial height of 3 mm and 5 mm showed a significantly greater initial deformation load and fracture load compared to than that with an axial height of 1 mm (p≤0.016). 2. There were no significant differences according to the labial height of the zirconia abutment (p≥0.05). 3. In some specimens, bending or cracking of the titanium insert or abutment screw were observed on SEM. The axial height of the titanium insert should be designed to be at least 3 mm to increase the fracture strength and promote the long-term stability of implants. 임플란트 보철물에 대한 심미적인 요구가 증가함에 따라 지르코니아 지대주가 개발되어 사용되고 있다. 이는 연조직에 투과되는 색조가 자연치와 유사하여 임플란트 보철물의 심미성을 증진시킬 수 있으며 재료 자체의 강도가 높고 생체 친화적이라는 장점이 있으나 기계적인 측면에서 한계점을 가지고 있다. 첫째, 재료의 특성 상 높은 취성으로 인하여 티타늄 지대주에 비해 파절로 인한 실패율이 더 높은 것으로 보고되고 있다. 특히 내측 연결형(internal) 단일(one-piece) 지르코니아 지대주는 고정체와의 연결부가 얇아 파절에 취약하다. 둘째, 지르코니아는 장기간 습한 환경에 노출되면 기계적 물성이 약화된다고 알려져 있다. 현재 재료의 개발로 이러한 문제점을 개선하기 위한 시도가 이루어지고 있으나 임상 적용 시 장기간 추적 관찰이 요구되는 실정이다. 셋째, 지르코니아 지대주와 고정체의 적합도가 저하될 수 있으며 이는 지대주 나사 풀림, 구성 요소의 변형이나 파절, 임플란트 주위염, 골 흡수 등의 기계적∙생물학적 합병증을 초래한다. 현재 지르코니아 지대주 제작 시 사용되는 시스템의 정밀도는 매우 높아졌으나 장비 구축 시 높은 비용을 수반하여 실제로 다양한 제품이 갖는 고유의 임플란트 고정체 내측의 육각구조를 정확히 재현 가능한 설비를 갖춘 기공소가 많지 않다고 보고된 바 있다. 또한 지르코니아의 높은 경도로 인해 티타늄 고정체의 마모가 발생하여 임상적 사용 시 적합도가 저하될 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 지르코니아 지대주와 고정체 연결부에 titanium insert를 개재하는 방법이 제안되었다. 이와 같은 임플란트 보철 시스템에서 titanium insert의 사용 여부나 연결방식에 따른 파절 강도에 대한 연구문헌들은 보고된 바 있으나 insert의 dimension에 관한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구는 titanium insert의 축벽 높이와 지르코니아 지대주의 순측 높이를 변화시켜 제작한 지대주를 이용하여 임플란트의 파절 강도를 측정하고 파절 양상을 관찰하여 비교 분석함으로써 보다 나은 기계적 안정성을 보이는 titanium insert의 축벽 높이를 제시하고자 하였다. Titanium insert의 축벽 높이(mm)는 insert의 변연부에서 절단연까지 수직 높이로 하였고 지르코니아 지대주의 순측 높이(mm)는 변연부로부터 순측 최대 풍융부까지 수직 높이로 하였다. Titanium insert의 축벽 높이-지르코니아 지대주의 순측 높이에 따라 Group1(1-3), Group2(3-3), Group3(3-5), Group4(5-3), Group5(5-5)의 다섯 개 군으로 하였고 각 군 12개, 총 60개의 시편을 구성하였다. Titanium insert와 지르코니아 지대주를 접착(Rely X Unicem, 3M ESPE, St.Paul, MN, USA)하고 고정체(4.0mm diameter, 10.0mm length, Implantium, Dentium, Korea)에 체결하였다. 24시간 동안 37℃의 증류수 보관 후 열순환 처리(5~55℃, 15,000 cycles)한 후 만능시험기(Universal testing machine, Model 3366; Instron®, Norwood, MA, USA)를 사용하여 파절 강도 시험을 시행하였다. 전치부 저작을 재현하여 지대주 구개측에 장축을 기준으로 30도의 경사하중을 가하였다(Crosshead speed 0.5~1.0 mm/min). 이를 통해 획득한 하중-시간 곡선에서 빈번하게 나타나는 짧고 급작스러운 하중 감소 시점 중 초기에 가해진 하중을 초기 변형 강도로 측정하였다. 이는 재료의 균열, 휨과 같은 변형이 발생하기 시작한 시점에 가해진 하중으로 임상적으로 잠재적인 기능 실패를 의미한다. 파절 강도는 시편이 완전히 파절된 시점에 가해진 하중으로 Instron Series IX 소프트웨어에서 자동 기록되었다. 초기 변형 강도와 파절 강도를 비모수 검정법인 Kruskal-Wallis test를 사용하여 분석한 결과 표본의 유의한 차이가 확인되었다. Titanium insert의 축벽 높이와 지르코니아 지대주의 순측 높이에 따른 군 간의 유의한 차이를 확인하기 위해 Mann-Whitney U test를 시행하였다. 1종 오류의 보정을 위하여 Bonferroni's method를 사용하였다. 유의 수준은 5%로 하였다. 파절 양상을 관찰하기 위해 시편의 파절면과 절단면을 주사 전자 현미경(HITACHI, S-3000N, ZEISS SIGMA-500 FE-SEM)을 사용하여 관찰하였다. 이와 같은 방법으로 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Titanium insert의 축벽 높이 1mm 군은 3mm와 5mm 군보다 유의미하게 낮은 초기 변형 강도와 파절 강도를 보였다(p≤.016). 2. 지르코니아 지대주의 순측 높이에 따른 초기 변형 강도와 파절 강도의 유의미한 차이는 보이지 않았다(p≥.05). 3. Titanium insert의 축벽 높이 1mm 군에서 지르코니아 지대주는 insert로부터 완전히 탈락하였다. 3mm와 5mm 군에서 지르코니아 지대주는 완전히 탈락하거나 장축 방향의 부분적인 파절을 보였다. 3mm와 5mm 군 일부 시편에서 titanium insert 혹은 지대주 나사의 균열 또는 휨이 나타났다. 내측 연결형 임플란트에서 titanium insert를 이용한 지르코니아 지대주 사용 시 titanium insert의 축벽 높이를 3mm 이상으로 제작함으로써 임플란트의 초기 변형 강도와 파절 강도를 높일 수 있으며 이를 통해 임플란트의 기계적인 안정성을 향상시킬 수 있을 것으로 보인다. 핵심되는 말 : titanium insert, 지르코니아 지대주, 파절 강도, 축벽 높이