Evaluation of Fracture Strength and Screw Loosening of a New Angled Abutment with Angulated Screw Channel

나사 접근 구멍 각도가 조절 가능한 새로운 경사형 지대주의 파절강도 및 나사 풀림력 연구

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the fracture strength and removal torque value (RTV) of a conventional angled abutment and a newly developed angled abutment (Beauty up abutment) with an angulated screw access hole. Each abutment was divided into a control group and an experimental group (n = 20, respectively). To measure the fracture strength, the abutment was connected to the internal hex implant with 30 Ncm torque, and a load was applied at 30 degree angle with cross-head speed of 1 mm/min using a universal testing machine according to the ISO 14801:2016 standard. To measure RTV, each abutment was fastened to the implant with 30 Ncm torque. Retightening was performed after 10 minutes, and initial RTV was measured with a digital torque gauge. After retightening, a load of 250 N was applied to the abutment at a 30 degree angle using a chewing simulator. After a total of 100,000 repeated loads, RTV was measured. Statistical analysis was performed using Wilcoxon signed rank test and Mann-Whitney U test (α = .05). The fracture strength of the experimental group was statistically significantly lower than that of the control group (P = .009). There was no significant difference between initial RTV and post-loading RTV between the experimental group and the control group (P = .753, P = .527, respectively), and cyclic loading did not significantly affect RTV in both groups (P = .078).

1. 서 론

임플란트 식립 위치는 임플란트 지지 보철물의 심미성을 결정하는데 중요한 요소이다[1]. 적절한 위치의 임플란트는 인접치와 서로 평행하고 교합 압이 수직으로 가해지도록 위치해야 한다[2]. 그러 나 치조골의 흡수가 심한 상악 전치부의 경우, 임 플란트가 식립될 공간과 심미성을 위해 원래의 보 철물의 장축보다 더 경사된 각도로 식립해야 할 필요가 있고 이러한 장축 간 불일치로 인하여 심 미적인 보철물 제작이 어려울 수 있다[2,3].

이러한 경우 치조골 증대술을 시행하여 이상적인 임플란트 식립 각도를 허용하거나 경사형 지대주를 사용할 필요가 있다[3]. 경사형 지대주는 직선형 지 대주에 비해 보철 수복 절차가 제한적이지 않아 보 다 큰 직경과 길이의 임플란트를 식립할 수 있고, 골유도재생술이 필요치 않으며, 시술 절차가 간편 하여 치료 시간과 비용을 절감할 수 있다[4].

경사형 지대주와 보철물을 연결하는 방식에 따 라 나사 유지형과 시멘트 유지형을 고려할 수 있 다[1]. 나사 유지형은 유지관리 시 착탈이 용이하 다는 장점이 있지만, 나사 접근 구멍으로 인한 심 미적인 문제가 발생할 수 있다[5]. 시멘트 유지형 은 나사 접근 구멍이 필요치 않아 순측으로 경사 진 상악 전치부 임플란트에 유리하지만[6], 잔류 시멘트로 인한 생물학적 합병증의 위험과 더불어 탈부착이 어렵다는 단점이 있다[7].

최근에 개발된 Beauty up 지대주는 나사 접근 구멍의 각도를 임플란트의 각도에서 벗어나도록 위치시킬 수 있어 나사 접근 구멍이 순측으로 향 하더라도 심미성을 유지하면서 나사 유지형 보철 물을 제작할 수 있다는 장점이 있다. Beauty up 지대주는 임플란트 장축으로부터 최대 25°까지 나사 접근 구멍을 허용할 수 있으며, 특수한 고정 나사는 1.8 mm의 육각 구면을 가진 드라이버로 축을 벗어난 상태에서도 최종 보철물에 필요한 토 크를 제공할 수 있다.

한편 지대주의 파절강도가 임플란트에 가해지는 최대 교합력보다 클 때 임상적으로 적용이 가능하 다[3]. 여러 연구에서 전치부의 평균 교합력은 약 206 N이고 생리학적 최대교합력은 안면 형태와 연령에 따라 최대 290 N까지 다양할 수 있다고 보고하였다[8,9]. 또한, 성공적인 임플란트 치료는 고정체 (fixture)와 지대주 간의 기계적인 안정성 과 큰 관련이 있다[10]. 하지만 이 안정성을 저해 하는 주된 문제 중 하나가 나사 풀림 현상이다 [11,12]. 이러한 나사 풀림은 고정체와 지대주 계 면에 불안정을 초래하여 환자는 연조직과 보철물 사이에서의 통증 및 부종과 누공 발생으로 불편함 을 느낄 수 있고[13,14], 보철물을 다시 조이는 과정은 술자나 환자 모두에게 시간적, 경제적으로 부담이 될 수 있다[15]. 한편, 나사가 외부 하중에 노출되었을 때 계면에서의 미세한 움직임은 나사 풀림의 원인이 될 수 있다[16].

따라서 본 연구에서는 기성 경사형 지대주와 최 근에 개발된 Beauty up 지대주의 파절강도와 초 기 풀림 토크 및 100,000회 반복하중 후 풀림 토 크을 비교하여 임플란트-지대주의 안정성 및 실제 임상에서의 실용 가능성을 평가해보고자 하였다.

2. 재료 및 방법

본 연구에서는 기성 경사형 지대주 (Angulated abutment, Cowellmedi, Busan, Korea)와 나사 접근 구멍 각도가 조절 가능한 새로운 경사형 지대주 (Beauty up abutment, Cowellmedi, Busan, Korea) 를 사용하였다. 각 지대주를 대조 (Control) 군과 실험 (Experimental) 군으로 명명하였으며, 각 군당 20개 씩 총 40개의 지대주를 사용하였다 (Fig. 1, 2).  20 × 20 × 30 mm의 실리콘 몰드에 내부육 각 연결형 임플란트 (INNO submerged implant, Cowellmedi, Busan, Korea)의 상부가 3 mm 노출 되도록 투명 레진 (Orthodontic resin, Dentsply, York, PA, USA)에 포매하였다 (n = 20). 각 지대 주를 제조사가 권장하는 30 Ncm의 토크로 임플 란트에 체결하고 10분 후 동일한 조임 토크를 다 시 적용하였다[17].

Fig. 1 Schematic drawing of tested abutment (Left) Control and (Right) Experimental group

Fig. 2 Sectional view of experimental group (Beauty up abutment)

파절강도를 측정하기 위해 ISO 14801:2016 기 준을 참고하여 맞춤 지그에 임플란트를 고정하였 다. 이때 반구 형태의 의치 대체물을 지대주에 연 결하고 하중이 임플란트 장축에 대해 30°의 각 도로 가해지도록 하였다. 만능시험기 (Model 3345, Instron, Norwood, MA, USA)를 이용하여 1 mm/min의 cross-head speed로 파절될 때까지 힘을 가하고 파절강도를 측정하였다 (Fig. 3).

Fig. 3 The set-up for fracture load test following ISO 14801 (Left) Control and (Right) Experimental group

Fig. 4 The set-up for cyclic loading with chewing simulator

15 × 15 × 13 mm의 실리콘 몰드에 내부육 각 연결형 임플란트가 장축 방향에서 30°의 각 도로 하중을 받을 수 있도록 고정시킨 후, 투명 레진에 포매하였다 (n = 20). 각 지대주를 제조사 가 권장하는 30 Ncm의 조임 회전력으로 체결하 고, 10분 후 재조임을 시행하였다. 다시 10분 후 에 디지털 토크 게이지 (MTT03-50, Mark-10 Co., Copiague, NY, USA)를 이용하여 초기 풀림 토크를 측정하였다. 2차 조임 토크를 가한 후, 임 플란트를 chewing simulator (Dual-Axis Chewing Simulator TW-C4.4, Tae-won Tech, Incheon, Korea)에 고정하고 반구 형태의 의치 대체물을 연결한 지대주 중심에 250 N의 힘으로 100,000 회 반복 하중을 가하였다 (Fig. 4)[18,19]. 디지털 토크 게이지로 반복하중 후 풀림 토크를 측정하였다.

통계분석에는 통계분석 프로그램 (SPSS ver. 28, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하였으 며, Shapiro-Wilk test와 Levene test로 정규성 검정과 등분산성 검정을 시행하였다. 데이터들이 정규분포를 따르지 않아 초기 풀림 토크와 반복하 중 후 풀림 토크 간 군내 비교는 Wilcoxon signed rank test를 시행하였으며, 초기 풀림 토 크 및 반복하중 후 풀림 토크의 군간 비교는 Mann-Whitney U test를 실시하였다. 통계적 유 의 수준은 0.05로 지정하였다.

3. 결과 및 고찰

실험 후 파절강도의 평균과 표준편차는 Table 1 과 Fig. 5에 나타내었다. 그 결과, 대조군 (2508.05 ± 250.54 Ncm)은 실험군 (1287.35 ± 259.66 Ncm)보다 유의하게 높은 파절강도 값을 보였다 (P = .009). 이는 대 조군의 weak point 두께 (0.5 mm)가 실험군

Table 1. Mean ± standard deviatioin (SD), and maximum and minimum values of fracture strength (N)

P value is significant at 5%

Table 2. Initial removal torque value (RTV), post-loading RTV, and RTV Differences

P value is significant at 5%. Pa values are from a Wilcoxon signed rank test (Initial RTV vs Post-loading RTV). Pb values are from a Mann–Whitney U test

(0.15 mm)보다 상대적으로 크기 때문인 것으로 사료된다. 각 군의 초기 풀림 토크값와 반복하중 후 풀림 토크값의 평균과 표준편차는 Table 2와 Fig. 6와 같았다. 초기 풀림 토크값은 대조군에서 25.40 ± 2.72 Ncm, 실험군에서 24.90 ± 3.03 Ncm으로 두 군 모두 30 Ncm보다 감소한 초기 풀림 토크 값을 보였다. 이는 나사를 조이는 과정에서 조임 토크 의 일부가 마찰력으로 소모되기 때문인 것으로 보 인다[18]. 선행 연구에서는 조임 토크의 약 90%가 마찰력을 저항하는데 사용되고, 10%만이 나사에 대한 잠금력에 영향을 주는 전하중 (preload)에 사용된다고 하였다[20]. 한편, 두 군 사이에는 통 계적으로 유의한 차이는 없었다 (P = .753).  반복하중 후 풀림 토크값은 대조군에서 22.00 ± 1.70 Ncm, 실험군에서 23.30 ± 2.49 Ncm 으로 초기 풀림 토크값에 비해 감소하였지만 두 군 모두에서 초기 풀림 토크값과 반복하중 후 풀 림 토크값 사이의 통계적인 유의성은 없었다 (P = .078). 이는 반복하중이 나사와 임플란트 계면에 서의 불규칙한 표면을 마모시킴으로써 발생하는 침하에 의한 전하중의 소실로 인한 것으로 보인다 [13,21]. 또한, 두 군 간의 반복하중 후 풀림 토크 값을 비교해 본 결과 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (P = .527). 반복하중 후 풀림 토 크값의 감소량에서는 대조군 (3.40 ± 2.90 Ncm) 이 실험군 (1.60 ± 1.78 Ncm)에 비해 높은 값 을 보였다.

Fig. 5 Mean fracture strength value and standard deviation (N) for group * Significant at P < .05

Fig. 6 Mean removal torque value and standard deviation (Ncm) of group before and after cyclic loading

4. 결 론

본 연구에서는 기성 경사형 지대주와 최근에 개발된 Beauty up 지대주의 파절강도 및 임플란 트-지대주의 안정성을 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

Beauty up 지대주의 파절강도는 기성 경사형 지대주에 비해 낮은 값을 보였으나, 전치부의 최 대 교합력보다는 월등히 높은 값을 보였다.

Beauty up 지대주와 기성 경사형 지대주 간 초기 풀림 토크값과 반복하중 후 풀림 토크값은 유의한 차이가 없었으며, 두 지대주 모두에서 100,000회 반복하중은 풀림 토크값에 유의한 영 향을 주지 않았다.

본 연구의 한계 내에서, Beauty up 지대주는 기성 경사형 지대주의 나사 접근 구멍으로 인한 심미적인 한계점을 보완하고 임상적으로 허용 가능 한 수준의 파절강도와 풀림 토크값을 나타내었다.