Notebook LM을 이용한 Process Study(4)

치과용  소재인 ZrO2 세라믹으로 임플란트를 만들어 적용하려고 하는시도가 많이 있었는데 아직 한국에서는 식약처 승인이라는 단계로 아직 실제 시술이 이루어지지 못하고 있다고 합니다. 지르코니아로 임플란트를 제조할 때 고려할 사항들에 대하여 Notebook LM을 이용하여 정리해 보았습니다

  

지르코니아 임플란트 고정체 디자인 고려사항

1. 재료의 선택 (Material Selection) 지르코니아 세라믹은 뛰어난 심미성, 생체 적합성, 내식성 및 내마모성을 제공하며, 높은 굴곡 강도와 파괴 인성을 가지고 있습니다. 특히 임플란트 삽입 시 티타늄 임플란트와 달리 마모 입자가 거의 발생하지 않는다는 연구 결과도 있습니다.

• Y-TZP (Yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal): 임플란트 고정체에 널리 사용되는 지르코니아 유형으로, 높은 굴곡 강도(900~1,400 MPa)와 파괴 인성을 보입니다. 응력이 가해질 때 정방정계(tetragonal)에서 단사정계(monoclinic)로 상 변형을 일으켜 35%의 부피 팽창을 동반하며 균열 전파를 억제하는 고유한 특성이 있습니다.

• ATZ (Alumina-toughened zirconia): 알루미나 강화 지르코니아(ATZ)는 저온 열화(Low-Temperature Degradation, LTD) 현상에 대한 저항성이 높습니다. 이는 Y-TZP 지르코니아에 비해 더 유리한 재료로 간주되며, 인공 로딩 및 열수 노화 후에도 파절 저항성이 감소하지 않는 것으로 나타났습니다.

2. 임플란트 디자인 유형: 원피스 vs 투피스 (One-piece vs. Two-piece Design) 지르코니아 고정체의 가장 큰 디자인 결정 중 하나는 원피스(fixture와 지대주 일체형) 또는 투피스(fixture와 지대주 분리형) 시스템을 선택하는 것입니다.

• 원피스 임플란트 (One-piece Implant):

    ◦ 장점: 임플란트와 지대주가 하나의 모노블록으로 융합되어 있어 임플란트-지대주 접합부에서 세균 누출 위험이 없습니다. 주로 즉시 로딩 프로토콜에 적합합니다.

    ◦ 단점: 고정체와 지대주가 일체형이므로, 임플란트 식립 각도가 잘못될 경우 보철물 제작의 유연성이 떨어집니다. 보철물은 반드시 시멘트 접합해야 하며, 이때 남은 시멘트 잔여물이 치은하에 남아 임플란트 주위염을 유발할 수 있으므로 시멘트 제거에 세심한 주의가 필요합니다. 드릴로 임플란트 상부를 준비(연삭)할 경우, 지르코니아의 물리적 특성이 저하되어 파절 위험이 증가할 수 있습니다.

    ◦ 성능: 일부 연구에서는 원피스 임플란트가 투피스 임플란트보다 생존율이 높고, in vitro 연구에서는 더 높은 파절 저항성을 보인다고 보고되었습니다.

• 투피스 임플란트 (Two-piece Implant):

    ◦ 장점: 임플란트의 부적절한 식립 각도나 위치를 지대주를 통해 보정할 수 있으며, 초기 고정이 불충분할 경우 2단계 수술이 가능합니다. 지대주 나사를 사용하여 보철물을 고정할 수 있습니다.

    ◦ 단점: 지대주 나사의 풀림 및 파절이 주요 기술적 문제점이며, 이 문제를 방지하기 위해서는 정확한 조임 토크를 적용하는 것이 매우 중요합니다. 일반적으로 지연 로딩(delayed loading)이 권장됩니다. 현재 임상적으로 사용 가능한 투피스 지르코니아 임플란트에 대한 장기 임상 데이터는 원피스에 비해 여전히 제한적이라는 평가도 있습니다.

    ◦ 성능: 파절은 주로 지대주 목, 내부 연결부 또는 내부 나사산에서 발생할 수 있습니다. 카본 강화 PEEK(polyetheretherketone) 나사를 사용하는 투피스 지르코니아 임플란트 시스템은 인공 로딩 후에도 파절이 없었다는 연구 결과가 있습니다.

3. 표면 특성 (Surface Characteristics) 표면 개질은 골유착(osseointegration)에 핵심적인 역할을 합니다.

• 중간 정도의 거칠기: 이상적인 골유착을 위해 Sa(표면 거칠기 평균) 1-2 µm 범위의 중간 정도의 표면 거칠기를 목표로 하는 것이 좋습니다.

• 샌드블라스팅 및 산 부식 (SA) 처리: 알루미나 입자 샌드블라스팅 및 산 부식 처리는 표면 거칠기를 증가시키는 일반적인 방법입니다. 그러나 제조 공정 중 샌드블라스팅 잔류 입자가 표면에 남아 있을 수 있으므로, 잔류 입자를 최소화하기 위한 적절한 공정 제어가 필수적입니다.

• 특정 부위 표면 처리: 골과 접촉하는 고정체 부분(osseous portion)은 골유착을 촉진하기 위해 거친 표면 처리가 필요하며, 치은을 관통하는 부분(transgingival part)은 연조직 부착을 촉진하는 기계 가공(machined surface) 표면을 갖도록 설계할 수 있습니다.

4. 고정체의 형태 및 직경 (Fixture Shape and Diameter)

• 직경: 좁은 직경의 임플란트(예: 3.25 mm)에서 파절 발생률이 높았다는 보고가 있으므로, 충분한 직경을 고려하여 파절 위험을 줄여야 합니다.

• 오프셋 (Offset): 유한 요소 분석(FEA) 결과에 따르면, 피질골 내 오프셋(예: 1.5 mm)은 피질골에 최대 압축 응력을 유발할 수 있으므로, 이를 피하는 디자인이 더 나은 응력 분포를 가져올 수 있습니다.

5. 지대주 나사 재료 및 조임 토크 (Abutment Screw Material and Tightening Torque) (투피스 임플란트의 경우) 지대주 나사 풀림을 방지하기 위해 나사 재료와 적절한 조임 토크가 중요합니다.

• 나사 재료: 티타늄, 금, 카본, 지르코니아 등 다양한 재료의 지대주 나사가 사용될 수 있습니다. 카본 강화 PEEK 스크류는 인공 로딩 후에도 파절이 없는 것으로 나타나 유망한 대안이 될 수 있습니다.

• 조임 토크: 지대주 나사의 최적 조임 토크는 항복 강도의 약 75%를 목표로 합니다 (예: Ti-6Al-4V 합금의 경우 660 MPa). 35 N·cm의 토크는 이러한 최적 프리로드 값에 가장 가까운 최대 응력 값을 나타냈으며, 안정적인 안전 계수 값을 보였습니다.

6. 시뮬레이션 및 사전 평가 (Simulation and Pre-evaluation)

• 유한 요소 분석 (FEA): FEA는 임플란트 시스템의 응력 분포를 평가하고 설계 지침을 제공하는 데 유용합니다. 지르코니아 고정체는 티타늄 고정체 시스템에 비해 지대주 나사에서 더 안정적인 응력 분포를 보입니다.

• 드릴링 프로토콜: 세라믹 임플란트 드릴은 열 전도율이 낮아 골 과열을 유발할 수 있으므로, 낮은 드릴링 속도(예: 첫 드릴은 800 rpm, 마지막 드릴은 400 rpm)를 사용하는 것이 좋습니다. 제조사의 권장 사항을 따르는 것이 중요합니다.

지르코니아 임플란트 고정체 디자인은 높은 기계적 특성과 심미적 장점을 극대화하면서도 파절 및 임플란트 주위염과 같은 잠재적 합병증을 최소화하는 방향으로 이루어져야 합니다.