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Korea Academy of Occlusion, Orthodontics & Osseointegration.

전체적인 외형

Categories: 임플란트, Date: 2014.12.19 21:33:59

임플란트 형태는 전체적인 외형과 나사산, crestal module 그리고 abutment connection 방식으로 세분된다. 이런 macro-design과 표면처리 및 bio-active material의 coating과 같은 micro-design의 독창성은 임플란트의 특성을 결정하고 osseointegration의 획득과 유지에 결정적인 역할을 한다. 그리고 실제 임상적 관점에 있어서 여러 임플란트가 공통적으로 채택하고 있는 micro-design보다 제품마다의 고유의 macro-design 차이는 임플란트의 특성을 반영하고 있다. 즉 다양한 표면 처리 기술은 픽스쳐 표면 거칠기와 골 조직 치유 및 형성에 유리한 물질의 coating 등등으로 픽스쳐 식립 후 초기 골 반응 차이를 유도한다. 즉 픽스쳐 표면이 거칠고 골 치유에 유리한 물질을 도포하여 골 형성 반응을 촉진시키기 위함이다. 그러나 픽스쳐 표면 처리의 micro-design은 픽스쳐 식립 후 1~3개월 사이의 골 유착 기간에 직접적인 영향을 주고 골 유착 후 보철적 수복 후 골 유착 유지 기간에는 abutment connection와 전체적인 외형 그리고 픽스쳐 나사산과 같은 macro-design이 교합 하중과 상호 작용에 더 중요한 요소로 작용한다.
임플란트의 macro-design의 기하학적 특성과 생역학적 반응은 다음과 같이 분석 할 수 있다. 임플란트의 전체적인 외형, 나사산의 크기와 형태, crestal module과 abutment connection 방식의 디자인으로 분류하고 각 디자인의 특성에 따른 교합력 분산의 차이와 골 조직과의 반응을 살펴보면 다음과 같다.

전체적인 외형


전체적 외형은 원통형straight cylinderical, 쐐기형tapered, 이중 쐐기형dual tapered으로 나눌 수 있다. 원통형의 장점은 제작이 용이하다는 것이다. 초기 임플란트 형태의 대부분은 공학적 기반에서 제작되었기 때문에 직선의 원통에 삼각나사선을 낸 디자인이 주류를 이루고 있었다. 그리고 abutment와 연결은 산업표준 크기의 육각형 external connection을 도입하였다. 그리고 식립의 편리함과 초기고정이 우수한 형태를 위하여, 나사선을 없애고 표면을 거칠게 처리한 원통형이 유행하기도 하였지만 편평한 골조직 접촉으로 인한 교합력 분산의 문제와 거친 표면으로 인한 peri-implantitis의 염증 증가로 광범위한 골 파괴가 발생하였다. 따라서 원통형에 삼각 나사선을 낸 임플란트 디자인이 주류를 이루게 되었다. 그러나 삼각나사선의 원통형은 식립이 어렵고 초기고정에 문제가 있어 점차 쐐기형으로 디자인이 변화 하였다.

쐐기형 임플란트의 장점은 식립 시, 하방으로 돌려 넣을 수록 압박성 초기 고정력이 증가한다는 것이다. 물론 기구의 기계적 한계를 넘는 과도한 골 압박의 증가는 fixture driver와 fixture의 연결 부위의 붕괴로 계획한 깊이까지 임플란트를 식립하지도 못하고 빼어내지도 못하는 경우가 발생한다. 그리고 과도한 초기 고정력이 발생하면 압박성 골 반응으로 인한 골 괴사가 일어난다. 그러나 bone density에 따른 적절하고도 정교한 implant site preparation을 시행하여 초기고정이 우수한 fixture installation을 시행할 수 있다. 쐐기형의 또 다른 장점은 교합력 분산의 기하학적 변화에 있다. 즉 쐐기형의 형태가 수직 및 수평적 교합압을 직접 전달 하는 원통형에 비교하면 osseointegration이 형성된 골조직에 교합하중을 간접적으로 분산하는 효과가 있다. 그리고 이런 장점과 fixture installation의 편의성을 위해 fixture 하방에 taper를 주어 상방은 직선 원통형이고 하방은 tapered(straight-tapered design), 혹은 crestal module이 쐐기형이고 하방은 직선 원통형(tapered-straight design) 의 hybrid type의 디자인으로 임플란트를 제조하기도 한다. 그러나 상부가 tapered고 하부가 원통형인 tapered-straight 디자인은 상부는 좁고 하부는 넓은 가용 골의 형태에 fixture installation을 하기 위해서 많은 주의를 요한다.

Straight-tapered 디자인의 가장 큰 장점은 fixture installation의 초기고정을 얻기가 용이하다는 것이다. 그러나 교합력 분산에 있어서 tapered-straight 형태보다는 불리하다. 이유는 간단하다. 첫째로 crestal module이 넓지 못해 morse taper의 internal connection을 사용할 수 없기 때문이다. 물론 locking taper를 사용하면 이런 문제는 해결된다. 그러나 screw 고정의 internal 혹은 external connection을 사용할 수 밖에 없다면 초기 crestal bone loss는 피할 수 없다. 그리고 같은 길이의 tapered-straight 형태보다 표면적은 작아지기 때문이다. 둘째로 conical seal이 되는 internal connection을 사용하였다 하더라도 가장 많은 스트레스를 받는 crestal module 부위의 교합력 분산에 있어서 straight보다는 tapered-straight 형태가 유리하기 때문이다.



그림1. 임플란트의 전체적인 외형에 따른 분류.




그림2. 전체적인 외형의 디자인에 따른 수직 교합압의 분산.
 
전체적 외형은 원통형straight cylinderical, 쐐기형tapered, 이중 쐐기형dual tapered으로 나눌 수 있다. 원통형의 장점은 제작이 용이하다는 것이다. 초기 임플란트 형태의 대부분은 공학적 기반에서 제작되었기 때문에 직선의 원통에 삼각나사선을 낸 디자인이 주류를 이루고 있었다. 그리고 abutment와 연결은 산업표준 크기의 육각형 external connection을 도입하였다. 그리고 식립의 편리함과 초기고정이 우수한 형태를 위하여, 나사선을 없애고 표면을 거칠게 처리한 원통형이 유행하기도 하였지만 편평한 골조직 접촉으로 인한 교합력 분산의 문제와 거친 표면으로 인한 peri-implantitis의 염증 증가로 광범위한 골 파괴가 발생하였다. 따라서 원통형에 삼각 나사선을 낸 임플란트 디자인이 주류를 이루게 되었다. 그러나 삼각나사선의 원통형은 식립이 어렵고 초기고정에 문제가 있어 점차 쐐기형으로 디자인이 변화 하였다.

쐐기형 임플란트의 장점은 식립 시, 하방으로 돌려 넣을 수록 압박성 초기 고정력이 증가한다는 것이다. 물론 기구의 기계적 한계를 넘는 과도한 골 압박의 증가는 fixture driver와 fixture의 연결 부위의 붕괴로 계획한 깊이까지 임플란트를 식립하지도 못하고 빼어내지도 못하는 경우가 발생한다. 그리고 과도한 초기 고정력이 발생하면 압박성 골 반응으로 인한 골 괴사가 일어난다. 그러나 bone density에 따른 적절하고도 정교한 implant site preparation을 시행하여 초기 고정이 우수한 fixture installation을 시행할 수 있다. 쐐기형의 또 다른 장점은 교합력 분산의 기하학적 변화에 있다. 즉 쐐기형의 형태가 수직 및 수평적 교합압을 직접 전달 하는 원통형에 비교하면 osseointegration이 형성된 골조직에 교합하중을 간접적으로 분산하는 효과가 있다. 그리고 이런 장점과 fixture installation의 편의성을 위해 fixture 하방에 taper를 주어 상방은 직선 원통형이고 하방은 tapered(straight-tapered design), 혹은 crestal module이 쐐기형이고 하방은 직선 원통형(tapered-straight design) 의 hybrid type의 디자인으로 임플란트를 제조하기도 한다. 그러나 상부가 tapered고 하부가 원통형인 tapered-straight 디자인은 상부는 좁고 하부는 넓은 가용 골의 형태에 fixture installation을 하기 위해서 많은 주의를 요한다.

Straight-tapered 디자인의 가장 큰 장점은 fixture installation의 초기고정을 얻기가 용이하다는 것이다. 그러나 교합력 분산에 있어서 tapered-straight 형태보다는 불리하다. 이유는 간단하다. 첫째로 crestal module이 넓지 못해 morse taper의 internal connection을 사용할 수 없기 때문이다. 물론 locking taper를 사용하면 이런 문제는 해결된다. 그러나 screw 고정의 internal 혹은 external connection을 사용할 수 밖에 없다면 초기 crestal bone loss는 피할 수 없다. 그리고 같은 길이의 tapered-straight 형태보다 표면적은 작아지기 때문이다. 둘째로 conical seal이 되는 internal connection을 사용하였다 하더라도 가장 많은 스트레스를 받는 crestal module 부위의 교합력 분산에 있어서 straight보다는 tapered-straight 형태가 유리하기 때문이다.

발치 와에 즉시 식립의 경우도 픽스쳐의 외형 디자인에 많은 영향을 받는다. 당연히 픽스쳐의 상부 crestal module이 넓은 디자인이 유리하다. 즉 straight보다는 tapered-straight 형태나 이중 태이퍼dual tapered 디자인의 픽스쳐를 사용하여 발치된 치근의 형태에 적합도를 증가시켜야 한다. 그리고 직경이 큰 픽스쳐를 사용하는 것이 치조정 위치에서 픽스쳐와 발치 와 사이의 gap distance를 감소시킬 수 있다. 그러나 발치 와가 치유되어 가용 골의 형태가 remodeling된 후에는 tapered-straight 보다는 straight 혹은 straight tapered 그리고 이중 테이퍼dual tapered 디자인을 사용하는 것이 좋다. 발치 후 치조골의 변화는 다음과 같이 일어난다. 상부, 즉 발치 와는 수평과 수직적으로 골 흡수가 일어나 가용골의 높이와 협설측의 width가 감소한다. 이런 발치 후 치조골의 변화는 계속해서 진행되어 수직적으로는 어느 정도 높이를 유지하고 있으나 수평적으로 치조골의 두께가 얇아지고, 계속해서 수직적으로 골 흡수가 일어나 악골의 높이까지 감소한다. 이런 치조골의 변화를 고려하면, 상부는 tapered고 하부는 원통형의 디자인은 충분한 협설측 골 폭이 확보되지 않은 경우는 crestal module 부위의 골 피개가 어려워 진다. 이런 단점을 극복하기 위해서는 crestal module의 골 피개가 가능할 수 있는 깊이까지 더 하방으로 픽스쳐를 위치 시켜야 한다. 그러나 가용 골의 높이가 적절한 길이의 픽스쳐를 식립할 수 없을 경우라면 어쩔 수 없이 노출된 픽스쳐 부위에 골 이식을 시행해야 한다. 이런 모든 단점을 극복하기 위해서는 임상적 어려움과 경제적 손실을 감내해야 한다. 그러나 과도하게 골 흡수가 진행되어 악골만 남은 경우는 가용 골 상부도 편평해지기 때문에 어떤 디자인이던 상관없이 직경이 큰 픽스쳐를 사용하여야 한다. 그리고 가용골의 높이가 허용하는 한도에서 픽스쳐의 길이를 선택한다.

또 다른 형태는 이중 태이퍼dual tapered 디자인 이다. 상방은 tapered로 하방은 항아리 모양을 결합한 형태로 교합력 분산을 가능하면 넓은 면적에 전달하기 위한 디자인이다. 전체적인 형태는 비파형 동검 혹은 입구가 넓은 항아리를 닮았다. 고전적인 디자인으로 인류 역사적으로 고대부터 개량되어온 형태로 안정적이며 기능적인 도구 혹은 용기에 적용되었다. 쐐기형에 비해 초기 고정력은 약하나 골 괴사를 일으키지 않고 이중 tapered 구조로 인하여 적절한 골 압박을 얻을 수 있다. 그리고 tapered에 비교하여 보다 더 곡선적인 디자인은 교합력 분산에 결정적인 역할을 하고, 좋은 골 반응을 얻을 수 있다. 그러나 이런 형태의 임플란트 디자인은 fixture 제조가 어렵고 fixture installation의 이해가 어려운 단점이 있다. 다양한 골질에 따른 implant site preparation의 복잡성 때문에 이해가 어려운 반면에 약한 초기고정 개념으로 사용한다면 골 치유에 장점이 있다. 그리고 이중 tapered 디자인의 또 다른 장점은 implant site preparation 후 fixture installation 방향을 10~15도 정도 바꾸어도 적절한 초기고정을 얻을 수 있다는 것이다. 기하학적 곡선으로 이루어진 형상 때문에 하방의 tapered 형태는 bone expanding역할을 하고, 상방으로 갈수록 골 압박이 감소 하다가, 최 상방의 tapered 형태에 의해 조기고정이 이루어진다. 이런 fixture installation 과정은 어느 정도의 식립 각도의 변화를 허용하여도 적절한 초기고정을 얻을 수 있게 한다.

이중 태이퍼dual tapered 로 디자인 된 임플란트에 있어서 초기고정의 개념과 골 치유는 매우 독특하다. Implant site preparation은 straight와 tapered 형태가 결합된 straight-tapered design의 drill 혹은 reamer롤 사용하여 시행한다. Straight 혹은 첨부에만 taper를 부여한 형태의 drill로 osteotomy hole을 형성하여 픽스쳐를 회전 혹은 tap-in 식립하면, 중간 풍융 부위는 골 확장 요소로 작용하고 상부의 최대 풍융 부는 cortical anchorage의 역할을 하게 된다. 그리고 골 밀도와 cortical bone의 두께에 따라 step-down과 step-back osteotomy를 혼용하여 implant site preparation을 시행하면 적절한 초기고정의 픽스쳐 식립을 할 수 있다. 결국 픽스쳐 중앙과 상방은 골 압박에 의한 초기 고정을 유지하고 그 사이와 하부는 최소한의 골 압박을 유지하게 된다. 그 결과 압박성 초기고정이 된 부위는 골 괴사 후 골 형성이 일어나고, 비 압박성 부위는 직접 골 조직이 픽스쳐 표면으로 자라나는 callus bone formation이 일어난다. 이런 복합성 골 치유는 환자의 골 상태에 따른 다양한 골 반응에 상관없이 일관된 osseointegration을 기대할 수 있다. 그리고 implant site preparation의 형태 조절에 따라 픽스쳐 첨단도 압박성 골 치유를 유도할 수 있고 초기 고정을 증가시킬 수 있다.


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