임플란트 설계디자인과 표면처리가 중요해요

  환자 구강내에서 자연치아를 대신하고자 하는 노력은 꾸준히 있어왔다. 정형외과 의사인 브레네막이 티타늄 소재가 뼈에 유착된다는 사실을 논문으로 발표한 이래 치과계에서도 티타늄금속을 이용한 자연치아 대체물로서 사용하고자 노력하였다. 따라서 치과계에서도 사용하기 시작하였고 본격적으로 사용한 역사가 그렇게 오래 되지 않았다. 한국도 20여년 전부터 본격적으로 사용하게 되었다. 하지만, 오늘날 임플란트는 지속적으로 발전하고 있다. 그렇다고 과거에 사용되었던 임플란트들이 심각한 문제가 있었던 것은 절대 아니다. 단점이 조금씩 노출되기 시작하면서 보완차원에서 발전하고 있다고 생각하면 좋을 것이다. 당시에는 최상의 임플란트였으며, 저명한 임상의들이 적극적으로 사용하였던 재료들이었지만, 점차 발전된 재료로 변화가 이루어졌을 뿐이다. 과거의 어떤 임플란트 system은 현재 단종되어 많은 문제점을 유발하고 있지만, 현재까지 정상적인 기능을 유지하고 있는 환자들도 많다. 또한 machined smooth sueface의 임플란트가 절대 문제가 있고 나쁜것도 아니다. 역시 현재까지 사용되고 있으며, 과거에 식립하였던 많은 임플란트들이 현재까지 정상적 기능을 유지하고 있다. 따라서 임플란트 설계와 표면처리가 임플란트 조기 실폐원인은 아니지만, 최근 임플란트 초기고정과 골 유착과정을 극대화 할 수 있도록 제작된, 다양한 임플란트들이 공급되고 있으며, 임상의사들에게 많은 관심을 불러 일으키고 있다.

 

1) 골 유착 개념

임플란트는 자연치아와 달리 임플란트 주변에 골조직이 견고하게 접촉이 이루어진 상태에서 장기간 유지될 수 있는 것을 의미하며, 최근엔 기능적 골유착이라는 용어를 사용하고 있다. 즉, 어떤 임플란트라고 하더라도 아직까지는100% 골조직과 유착되는 경우는 없다. 초기 골유착이 성공적으로 이루어지기 위해서는 적절한 혈류공급과 임플란트에 최소한의 유동성이 존재해야하고 신생골 조직과 기계적인 결합이 이루어져야 한다. 이러한 것을 골 유착 (임플란트가 뼈와 붙음)이라고 한다. 이러한 측면에서 여러 가지 고려해야 할 점들이 많다. 현대에는 고혈압등 전신질환 환자들이 과거보다 대체로 많은 편이다. 더욱이 혈청 콜레스톨이 높은 환자들 중에서 원할한 혈류공급은 중요하다. 따라서 건강한 환자와 완전히 똑 같은 조건이라고 할 수는 없다. 하지만 혈압 전신질환 조절만 잘 조절만 잘되고 있다면 금기증은 아니다. 따라서 골 유착에 있어서 보다더 유리한 조건환경을 부여하기위해서 계속 발전하고 있다. 임플란트 제조회사 뿐만 아니라 치과의사들도 주어진 환자 골 상태에서 최선의 임플란트 디자인 및 표면 처리 선택을 중요시 하고 있다. 환자 적용에 있어 동일내 회사의 것만을 고집하지 않고, 임플란트 식립 부위에 최선의 임플란트 디자인을 보유한, 회사별 특징이 있는 디자인을 선택하고자 노력하고 있다.

 

임플란트 식립후 초기 치유과정에 따른 골 유착

a, 임플란트와 골조직 사이에 섬유성 혈병 (blood clot)이 형성된다.

b, 시간이 지남에 따라 신생 혈관이 형성되어 증식되면서 섬유성 혈병과 국소적인 괴사조직은 흡수된다.

c, 골형성세포(osteoblast)가 이주하면서 신생골을 형성한다.

d,오래된 골은 흡수되고 새로운 뼈가 다시만들어진다.이러한 것을 골개조 (bone remodeling)이라고 한다.

2) 임플란트 설계 및 표면처리

초기 골형성 세포들이 활성화 되면서 신생골 조직이 임프란트 표면에 잘 침착될 수 있도록 디자인과 표면처리가 개발되었다. 초기 임플란트는 잇몸치조골 상방에 올려놓고 골막을 덮는 blade형 임플란트 디자인으로 출발하였으나 정형외과 의사 브레네막 선생 께서 티타늄이 뼈에 붙는다는 논문이 발표된 후 나사형 임플란트가 대세를 이루고 있다. 나사형 임플란트 디자인도 상부 보철물과 연결해야 할 부분에  크게 external과 internal로 구분하고 있으며, internal type은 switch platform 효과를 얻을 수 있어서 external보다 유리하다는 논문들이 발표되고 임상에서 검정된 이후 현재는 internal type을 치과의사들은 선호하고 있다. 하지만 디자인 측면에서는 지속적인 연구개발이 있어야 할 것이다. 임플란트 표면처리도 여러가지 방법을 통해 표면 거칠기를 증가시킴으로써 shear force에 대한 저항력을 증가시키고, 초기고정과 골전도 효과를 극대화 할 수 있다. 임플란트 표면처리 기술의 발전은 치조골이 부족한 곳에서 짧은 임플란트 식립이 가능하게 되었고, 3차원적인 기계적 고정을 향상시킬 수 있다. 임프란트 초기 고정 및 초기 골유착을 증가시키기 위한 노력으로 임프란트의 디자인과 표면처리 기술이 계속 개발진행 되고 있다.

a. 최근 많이 사용되고 있는 임플란트들은 나사의 유무에 따라 threaded type과 nonthreaded press fit type으로 나눌 수 있으며,과거에 사용되었던 press-fit cylinder type은 골파괴가 임프란트 표면을 따라 하방으로 급속하게 파괴되면서 좋지못한 결과를 초래하는 경우가 많아 최근에는 거의 사용되지 않고 있다. threaded type은 초기접촉을 극대화하고 임프란트 초기 안정성과 표면적을 증가시키면서 스트레스를 잘 분산 할 수 있는 형태로 설계되고 있으며, 식립시 열을 덜 생성하고 더 많은 토크를 요구하는 double threaded 혹은 triple threaded type이 개발되어 typeIV골에 적용할 수 있는 제품이 개발공급되고 있는 추세이다. 또한 나사산의 형태에 따라 차이가 있는것도 유한요소분석을 통해 알려 지고 있다.

 

3) 임프란트 굵기

직경이 큰 임플란트가 무조건 성공을 보장하는 것은 아니며, 일부학자들은 실폐율이 더 높은경우도 있다고 보고하기도 하였다. 하지만, 구치부위에서는 어느정도 굵기가 있어야 임프란트 파절등 여러면에서 유리하다. 따라서 환자 치조골 상태에 따라서 어느정도의 굵기의 임플란트를 선택할 것인가는 장시간 사용을 위해서 치과의사의 충분한 경륜이 필요하다고 하겠다. 구치부(어금니)에서 임플란트 직경이 크면 교합력을 지탱하고, 표면적이 넓어서 교합력이 골고루 분산되는 효과가 있을 수 있다. 하지만 너무 큰 경우에는 오히려 혈액공급의 역부족과 임프란트 치유기간지연등에 의한 초기 골유착에 장애가 되는 경우도 있다. 따라서 골의 상태나 양에 따라서 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다. 하악과 같이 골이 단단한 경우에는 직경이 5mm이하의  임플란트 식립도 가능은 하지만,구치부에서는 골이 무르고, 넓은 경우에는 직경이 굵은 임플란트를 식립하는 것이 바람직하다.

 

4) a. plasma spray 방법; titanium 혹은 HA를 적용하기 위하여 사용되는 방법이다. 과거에 공급되던 TPS, HA coated임플란트들은 식립 후 치유기간 중의 임플란트 표면 변화와 지속적인 골 파괴등이 많은 문제점을 유발한 적이 있다. 그러나 최근 공급되고 있는 제품들은 과거의 문제점들을 많이 해결하였으나, 선택적인 증례들에서만 사용되어야 한다.

 

b. Blasting

다양한 직경의 거친 입자들을 임프란트에 분산함으로써, 표면을 변형시킨다. 대개 AL2O3, Tio2, CaP 입자들로 임프란트 표면에 충격을 가하면, 불규칙한 홈과 패인 자국의 거친표면이 형성된다. 특히, calcium phosphate로 blasting처리한 제품(RBM)은 생체적합한 calcium phosphate를 사용하여 표면거칠기를 형성해 표면적을 증가시키면서 초기 골유착 효과를 증대시키고 초기 고정력을 증가시켰으며, 표면의 거칠기를 형성한후 잔여 입자가 남지않고 calcium phosphate는 생체내에서 완전히 흡수되어 순수 titanium만 남게되는 과정을 말한다.

c. 화학적 부식(acid etched)

산성용액(염산, 질산)으로 금속표면을 부식시키면서 특별한 크기와 홈들을 형성한다. 그 후 철저한 세척과 살균 과정을 거쳐서 생산된다.

 

d. blasting과 산부식 혼합적용 (SLA, sand blasted large grit acid etched)

sand blasted후 산부식을 통해 표면거칠기를 극대화한 방법으로 최근 각광을 받으면서 임상에서 활발하게 사용되고 있다. ex) Frialite-2, Bioserise, ITI, 오스템 TSIII, TSIV

 

e. porous sintered surface

구형의 세라믹 분말을 임플란트 금속표면과 접착시켜 덩어리를 형성하는 방법이다. 임플란트 표면은 골전도 기능을 가진면서 인접골과 3차원적 결합을 유도하여, 짧은 길이의 임플란트에서도 높은 성공률이 보고 되고 있다. ex) Edopore

 

f. Oxidation

Textured titanium oxide surface를 제공함으로써 단백질 흡착, 혈소판 축적 및 활성화, 섬유소 유지를 통해 초기 골치유를 촉진시키고, progenitor cell(전구세포)들을 성숙한 골아세포로 전환시키면서 광질화를 더욱 촉진시킨 처리법이 개발되어 시판되고 있다. ex) TiUnite

 

g. 기타

임플란트 표면에 골결합력을 증가시키고자한 표면처리 HA coated surface한것과 초친수성 표면을 유지시키고자 칼슘용액에 담가둔 것, 표면에 hydroxycarbon을 UV, 또는 plasma등으로 처리하여 친수성 및 주위이온의 흡착력을 증가시키고자 한 표면 등 여러 가지 표면처리 향상을 위한 제품들이 나오고 있다.

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