ORIGINAL ARTICLE 브라켓부착을위한변형된레이저부식법 윤민성 a ㆍ이상민 b ㆍ양병호 c 전단결합강도를강화하기위해레이저를이용한부식과산을이용한부식의비교연구가많이진행되어왔다. 본연구에서는 Er,Cr:YSGG laser 와전통적인산부식법을혼합한방법의전단결합강도의변화에대한평가를하고자한다. 교정적인목적으로발치된 6 개의건전한소구치를이용하여 6 개씩 개의군으로나누었다. 첫번째군은 37% 인산을 5 초적용시키는전통적인부식방법을택하였고, 두번째군은물방울레이저로.5 W 로 0 초간부식시킨후전통적인산부식방법을시행하였다. 세번째군은두번째군과같지만산부식을먼저시행한후물방울레이저로부식시켰다. 네번째군은물방울레이저를이용하여.5 W 로 5 초간부식시켰다. 이후전단결합강도의측정및치아표면의특징관찰, 그리고접착제잔류지수를평가하였다. 두번째, 세번째군은첫번째, 네번째군에대하여전단결합강도가높게측정되었다. 하지만두가지기법의복합사용순서를달리한두번째, 세번째군사이에는통계적으로유의한차이가나지않았다. 기존산부식을이용한브라켓접착법보다산부식과 Er,Cr:YSGG laser 를복합적으로사용시, 향상된전단결합강도를얻을수있다. ( 대치교정지 00;0():87-9) 주요단어 : 레이저, 부식, 산부식, 전단결합강도 서론 96 년레이저가처음으로치과영역에사용됨이보고되면서, 레이저치료에있어서환자의불편감감소와술자의편리함때문에급속히치과영역으로의응용이확장되었다. 다양한종류의레이저를통해서교정과에서는매복치아의노출시치은절개, 치은절제술및섬유절제술등의연조직수술뿐아니라피질골절제술등에서도, 그외에제거가까다로운세라믹브라켓의접착해제시에도그효율성을인정받았다.,3 특히 물방울레이저 라고도불리는 erbium, chromium doped: yttrium-scandium-gallium-garnet 레이저 ( Er,Cr:YSGG laser ) 는그출력과파장에따라브라켓의접착시에법랑질표면을산부식의수준으로 a 대학원생, b 조교수, c 부교수, 한림대학교성심병원치과진료센터치과교정과. 교신저자 : 이상민. 경기도안양시동안구평안동 896 한림대학교성심병원치과진료센터치과교정과. 03-380-5976; e-mail, smlee06@gmail.com. 원고접수일 : 009 년 월 8 일 / 원고최종수정일 : 00 년 월 5 일 / 원고채택일 : 00 년 월 8 일. DOI:0.0/kjod.00.0..87 불규칙적이고거친표면을만들어줄수있고, 이러한 Er,Cr:YSGG laser의간편한사용법때문에산부식의대체로써 Er,Cr:YSGG laser를이용하려는연구가진행되어졌다. 하지만결합제의결합력에있어임상적으로산부식을대체할만하다 5 라는의견과그렇지않다 6 라는의견이분분하다. Er,Cr:YSGG laser를이용한부식은전통적인산부식법과그부식되는기전에있어서다소차이가있다. 산부식은법랑질표면을탈회시키며, Er,Cr: YSGG laser는물분자의운동에너지에의한기계적인힘으로표면을거칠게하여부식을한다. 이는서로다른부식패턴을만들게되고, 결과적으로그것이임상적으로유의하든유의하지않든간에결합양상에있어다소간의차이를보이게된다. 브라켓의법랑질표면에대한결합력은교정의들이안심하고교정력을가할수있을만큼의충분한결합력을지녀야한다. 7 현존하는 세대 5세대의레진계접착제는주어진조건만잘지킨다면임상적으로사용하는데있어서적당한결합력을제공한다. 하지만대구치처럼보다많은응력이가해지고, 피로가쉽게누적되는부위의경우, 보다강력한결합력이필요한경우가있다. 본연구에서는산부식과 Er,Cr:YSGG laser의혼합사용을통한결합력의 87
윤민성, 이상민, 양병호 대치교정지 0 권 호, 00 년 향상정도를, 전통적인방법에의한부식과 Er,Cr: YSGG laser 의단독사용한부식과비교해볼것이다. 연구방법 교정적인목적으로발치된 6 개의소구치가이용되었다. 실험에사용된치아들은 bracket 이부착될부위의법랑질에충치및파절이없고, 기존수복치료및장치의부착이없었던건전한치아를이용하였다. 이치아들은발치된후상온에서식염수에담가보관하였고, 식염수는 5 일에한번씩갈아주었다. 이중 60 개의치아는전단결합강도를측정하기위해주문제작된알루미늄주형에교정용투명레진을이용하여치아법랑질의협측표면이약 3 3 mm 정도노출되도록고정하고, 노출된법랑질표면은 5 초간 Pumice 하고, 5 초간수세후 5 초간 dry air spray 로건조시켜전처리하였다. 나머지 개의치아는표면관찰을위해레진고정을하지않고보관하였다. 각각의치아들은무작위로 개의군으로나누었고각각의군은서로다른방법으로연구하였다. 첫번째군은 37% 인산 (3M ESPE Scotchbond etchant, 3M, St. Paul, MN, USA) 을 5 초간적용시키는전통적인산부식방법을사용하였고이를대조군으로 설정하였다. 두번째군은먼저전통적인방법대로 37% 인산을 5 초간적용시킨후 Er,Cr:YSGG laser (YSGG waterlasemd, Biolase Technology, Irvine, CA, USA) 을이용하여.5 W 에서 0 초간적용하였다. 세번째군은두번째군에서시행했던실험의반대순서로, 즉 Er,Cr: YSGG laser 를적용한후전통적인산부식방법을시행하였다. 네번째군은오직 Er,Cr:YSGG laser 만을이용하여.5 W 로 5 초간부식을시행하였다. 산부식과 laser 를이용한부식의복합적인사용시에는지나친법랑질의손상을방지하기위해 laser etching 의시간을 0 초로단축하여사용하였다. 이때사용된 laser 는 50 Hz, hard tissue mode, 80% water level, 80% air level 조건으로시행되었다. 이렇게부식된법랑질표면에 3M Transbond XT (light curing type primer and paste, 3M Unitek, St Paul, MN, USA) 를이용하여 bracket (Gemini Metal Brackets, 3M Unitek) 을부착하였고상하좌우접착면에비스듬히고르게 5 초씩도합 0 초간광중합을시행하였다. 이후상온의 00% 상대습도상태에서약 시간보관후모든그룹에서전단결합강도, 표면특징및접착제잔류지수 (the adhesive remnant index, ARI) 8 를측정하였다. 전단결합강도측정에는만능시험기 (Zwick Z00P, Zwick, Ulm, Germany) 가이용되었고, Fig 과같이장착하여 cross head speed 를 mm/min 으로시행하였다. 부식 Fig. Mounting state on universal testing machine (UTM) and Force direction. 88
Vol. 0, No., 00. Korean J Orthod 브라켓부착을위한변형된레이저부식법 된법랑질표면의관찰은 Scanning Electron Microscope (JEOL JSM6360, JEOL, Tokyo, Japan) 을이용하였으며,500 배에서,00 배까지관찰하였다. 전단결합강도를측정한이후 0 배배율의광학현미경 (Axiotech microscope, Carl Zeiss, Jena, Germany) 을통해접착제잔류지수를측정하였다. 접착제잔류지수는한사람에의해평가되었으며, 각각의점수는다음을의미한다.. 법랑질의접착표면이접착제로완전히덮여있다.. 법랑질의 90% 이상의접착표면이접착제로덮여있다. 3. 법랑질의 0-90% 의접착표면이접착제로덮여있다.. 법랑질의 0% 이하의접착표면이접착제로덮여있다. 5. 법랑질접착표면에접착제가전혀남아있지않다. Fig. Means and standard deviations of the bond strengths for each group., 37% phosphoric acid;, laser etching + phosphoric acid; 3, phosphoric acid + laser etching;, laser etching. 통계처리 부식방법의차이에따른전단결합강도를평가하기위하여평균과표준편차를구하였고, 정규성검정을만족하였으므로 one-way ANOVA 및사후검정 (Tukey HSD, Duncan s multiple range test) 으로각군간의비교하였다. 또한접착제잔류지수는정규성을만족하지않았으므로비교하기위해 Kruskal- Wallis test 를시행하여각군간비교를시행하였다. 연구성적 전단결합강도실험에서 37% phosphoric acid 로부식한첫번째군과 Er,Cr:YSGG laser 로만부식시킨네번째군보다두방법을복합적으로이용하되순서만달리한두번째, 세번째군이유의하게보다높은강도를보였다 (Fig ) (Table ) (p < 0.05). 하지만두번째와세번째군사이에는통계적으로유의할만한차이가없는것으로나타났다 (Table ) (p < 0.05). 부식된표면의주사전자현미경소견으로는전통적인산부식만시행한경우비교적고른법랑소주의양상이확인되었고, 형부식패턴이관찰되었다 (Fig 3A). Er,Cr:YSGG laser 로부식을시행한후에산부식을시행한군은산부식에의한패턴이 Er,Cr: YSGG laser 에의해생성된불규칙적인침식부위에도보인다 (Fig 3B). 순서를달리한세번째군의경우평활한면은첫번째그룹에서보여준산부식패턴이보이는반면 Er,Cr:YSGG laser 에의해파괴된 Table. Descriptive statistics for the phosphoric acid, laser and combination etching groups 95% confidence interval for mean (MPa) Lower Upper Minimum Maximum Group* N Mean (MPa) Std. deviation Std. error F Sig bound bound (MPa) (MPa) 5.6 a. 0.58.98 5.3 0.35 7.57 5 7.57 b 3.73 0.96 5.50 9.6 9.67.5 3 5 8.9 b.065.09 6.03 0.5.7 3.7.905 0.000 5.06 a.859 0.738 0.7 3.6 6.87 7.5 Total 60 5.5.095 0.58.6 6.58 6.87 3.7 *Group, 37% phosphoric acid;, laser etching + phosphoric acid; 3, phosphoric acid + laser etching;, laser etching (p < 0.05). Different alphabets, a and b, mean significantly different at 0.05 significance level; Sig: signification. 89
윤민성, 이상민, 양병호 대치교정지 0권 호, 00년 Fig 3. SEM images of enamel surface. A, 37% phosphoric acid (,500); B, Laser etching + phosphoricacid (,700); C, Phosphoric acid + laser etching (,600); D, Laser etching (,800). Table. The adhesive remnant index (ARI) of each group and Kruskal-Wallis test ARI score* 3 5 Group Total Total 7 5 0 5 X = 5.95 9 0 5 Df = 3 3 0 0 5 p = 0. 5 3 5 30 6 8 60 * Adhesive remnant index scores were:, All adhesive remaining on the tooth;, more than 90% of the adhesive remaining on the tooth; 3, more than 0% but less than 90% of the adhesive remaining on the tooth;, less than 0% of the adhesive remaining on the tooth; 5, no adhesive remaining on the tooth (p < 0.05). 불규칙적인 침식부위에는 보이지 않는다 (Fig 3C). 네 번째 군은 규칙적인 부식 패턴이 보이기보다는 매우 불규칙하며 거친 침식 양상을 확인할 수 있다 90 (Fig 3D). The adhesive remnant index (ARI)는 Kruskal-Wallis test 결과, 군 간 차이가 없는 것으로 나타났다
Vol. 0, No., 00. Korean J Orthod 브라켓부착을위한변형된레이저부식법 (Table ) (p < 0.05). 고찰 레이저는보통레이저시스템의내부에서에너지로레이저빛을만들기위해채워진 활성매질 로이름지어지며, 이들매질에따라서로다른파장의빛을만들어낸다. 각파장대에따라서각파장이갖는 absorption 계수 에따라레이저빛은표적조직에특이적으로상호작용하고흡수되는성질을갖는다. 물방울레이저는 Er,Cr:YSGG (Erbium, Chromium: Yttrium, Scandium, Gallium, Garnet) 를매질로하여발생되는레이저로,780 나노미터의파장이갖고있는가장이상적인수분흡수성을바탕으로하여물분자를팽창폭발시켜물방울자체에서발생하는물리적힘과레이저를결합하여조직의절개및절삭을한다. 이현상을 Hydrokinetic 이라부르며이러한 Hydrokinetic 현상이 Er,Cr:YSGG laser 를다른 laser 와구별짓게하는근본원리가된다. 기타다른종류의레이저와의가장큰차이점은 Er,Cr:YSGG laser 는레이저에너지를받은물방울의운동에너지로조직을절개절삭하는것이고타레이저는먼저레이저를조직에쏘인후물을뿌려식히는것으로이미조직에열에의한손상을입힌후물로식히는효과를가져다주는것이다. 실제로 Rizoiu 등의연구에의하면 hydrokinetic laser 는치아표면등의경조직에사용되었을때실제로치수온도를 o C 만큼줄일수있다고하였으며, 또한삭제하는동안에도말층의제거가된다는장점이있다고하였다. 9 이는 Er,Cr:YSGG laser 의사용이치수에위해되지않는다는것을증명해주었다. Hydrokinetic laser 는경조직에대한절삭효과및절삭과동시에부식을시행할수있고, bur 를이용한치질삭제에따른도말층의생성을레이저를이용한치료에서는최소화할수있어서 9 컴포짓트레진을이용한우식치료에많은장점이있다. 이러한장점때문에예전부터레이저를통해산부식을대체하려는시도가있었지만레이저를이용한부식의결합강도의유효성에는다양한의견들이있다. Ariyaratnam 등 0 은산부식과 Nd:YAG laser 를이용한 etching 의비교에서 Nd:YAG laser etching 의경우산부식에비해유용하지않다라고하였고, 다른연구에서 Nd:YAG laser 를조사한후에짧은시간산부식을병행하면결합강도에서보다향상된결과를 얻을수있다고하였다. Hydrokinetic laser (Er,Cr: YSGG laser) 에관해서 Ozer 등 5 은임상적으로산부식을대체할만하다라고하였고, Uşümez 등은임상적으로대체할만하지않다라고하였다. 다시말하면레이저를이용한산부식의대체는아직그효과에있어변이가심하고, 아직뚜렷이정립된절차가없기에이에대한추가적인연구가필요할것으로보인다. 본연구에서는법랑질표면에대한산부식과 Er,Cr:YSGG laser 를이용한산부식의효과차이를알아보고, 이들의혼합사용이그결합력에있어서어떠한작용을하는지, 그리고혼합사용시의순서를달리했을때전단결합강도의차이를알아보고자했다. 그결과 Er,Cr:YSGG laser 만을이용한네번째군의전단결합강도는평균.06 MPa, 전통적인산부식만시행한첫번째군은평균.6 MPa, Er,Cr:YSGG laser 를이용한부식후산부식을시행한두번째군은평균 7.57 MPa, 산부식을한이후 Er,Cr:YSGG laser 부식을한세번째군은평균 8.9 MPa 을나타내었다. 이들은유의성있는차이를보였으며다중비교에서두가지방법의혼합사용을한두번째, 세번째군사이와단독사용한첫번째, 네번째군사이에서상관관계를보였다 (Table ) (p < 0.05). 두가지방법을혼합사용한군에서단독사용한군보다통계적으로유의할만큼월등히높은결합강도를보여주고있었다. 산부식과 Er,Cr:YSGG laser 부식의혼합사용시그순서에의한차이는즉, 두번째, 세번째군의차이는그전단결합강도에있어서평균값의절대치는세번째군이높았으나통계적으로유의할만한차이를보이지않았다. 첫번째군과네번째군사이에도통계적으로유의할만한차이는없는것으로나왔다 (p < 0.05). 다만 laser 만단독사용한경우절대적인전단결합강도는평균 MPa 정도낮았고, 편차또한크게나왔다. 하지만 Reynolds 는적절한교정력에견디기위한접착강도는최소 6-8 MPa 정도라고보고한바있으며, 이는네번째군에서도이에만족하는충분한강도를보여주므로 laser 만단독사용하는부식방법도브라켓접착에사용할수있을것으로여겨진다. 한편 Fig 의그래프에서보면, Er,Cr:YSGG laser 를사용한군 (Group, 3, ) 과그렇지않은군 (Group ) 의편차에서 Er,Cr:YSGG laser 를사용한군의편차가큰것을알수있다. 각군간의표면을주사전자현미경을통해관찰해보면첫번째군에서는기 9
윤민성, 이상민, 양병호 대치교정지 0 권 호, 00 년 존산부식연구결과와마찬가지로규칙적이고미세한부식패턴이나타났고, 네번째군에서는산부식에의해생긴패턴보다규모가매우크고불규칙하게되어있다. 이는레이저의 pulse 빈도와초점의크기가술자가정해진시간동안일정부위를부식시키는데있어서불규칙적인부식을할수밖에없는상황을만들기때문이라생각된다. 그리고이러한불규칙성은결합력을더욱강하게할수도, 약하게할수도있다. 다시말하면술자의기술에따라결합강도의차이가발생하는것으로보인다. 이전의 Uşümez 등 6 의실험에서도역시 Er,Cr:YSGG laser 를이용한법랑질의부식은그결합강도의범위가매우넓다라고밝혔으며본실험과같은결과를보여주고있다. 산을이용한부식은치아법랑질및상아질의탈회를동반하는침습적인작용이기때문에부식이후적절한후처치및환자의관리가동반되지않는다면우식에취약할수밖에없다. 더욱이브라켓을이용한교정치료는그구조상치태관리에불리하며, 브라켓을붙이기위해산부식이된치질은우식에더욱위험할수있다. Hydrokinetic laser (Er,Cr: YSGG laser) 를이용한실험실측정에서골조직을삭제할때골조직이녹거나, 타거나, 칼슘포스페이트의비율이변하거나하는변성이없음을밝혔다.,3 이는 Er,Cr:YSGG laser 를이용한법랑질의부식이산을이용한부식보다우식에취약한브라켓주위부분을최소화할수있음을의미한다. 산부식과 hydrokinetic laser 의복합적사용은그순서에있어서산부식을먼저시행한후레이저를사용하게되면탈회된법랑질표면을최소화시키면서도결합강도를증진시킬수있는좋은방법이라생각된다. 이에대해서는추가적인연구가필요할것이다. 산부식과 Er,Cr:YSGG laser 를복합사용하는것은분명결합강도에있어서는어느정도효용을보인다. 하지만한단계의절차가추가되는만큼복잡해지고환자와술자에게불편감을야기할수있다. 단순히브라켓을접착하는데에있어서일반적인상황이라면굳이복잡한절차를통해결합력을향상시킬필요는없는것으로여겨진다. 하지만, 협측구가존재하는제, 대구치들은 pumice 를통해충분히치태가제거가되지않을뿐더러, 우식에도매우취약한부위이다. 게다가교정용철사에의한응력이크게작용하는부위이며, 교합력의대부분이집중되므로그피로도또한상당한부위이다. 이러한이유로많은교정의들은제, 대구치의브라켓탈 락을많이경험한다. 강한브라켓접착을위한대안으로제 대구치브라켓은밴드를이용하여접착을하기도하지만이는치주적부작용이있을수있고, Johnston 등 은대구치의경우약 60 초간산부식을하는것이강한접착에유리하다고밝혔지만보다긴시간의산부식은법랑질의탈회라는측면에서치명적인단점이있다. 이러한부분에있어서본연구에서실시한 Er,Cr:YSGG laser 와산부식의복합적사용은협측구치태제거, 결합강도의향상, 법랑질탈회를줄인다는측면에서도매우이로울것으로생각된다. 결론 이상을종합해볼때 Er,Cr:YSGG laser 를이용한법랑질의부식은산부식과더불어단독으로사용한경우보다이둘을복합적으로사용하였을때보다높은결합강도를갖으며, 이는브라켓접착시보다강한결합력이필요한부위에선택적으로사용될수있다. 참고문헌. Stern RH, Sognnaes RF. Laser beam effect on dental hard tissues. J Dent Res 96;3:873.. Suh CH, Chang NY, Chae JM, Cho JH, Kim SC, Kang KH. Efficiency of ceramic bracket debonding with the Er:YAG laser. Korean J Orthod 009;39:3-. 3. An KM, Sohn DS. The effect of using laser for ceramic bracket bonding of porcelain surfaces. Korean J Orthod 008;38: 75-8.. von Fraunhofer JA, Allen DJ, Orbell GM. Laser etching enamel for direct bonding. Angle Orthod 993;63:73-6. 5. Ozer T, Başaran G, Berk N. Laser etching of enamel for orthodontic bonding. Am J Orthod Dentofacial Orthop 008; 3:93-7. 6. Uşümez S, Orhan M, Uşümez A. Laser etching of enamel for direct bonding with an Er,Cr:YSGG hydrokinetic laser system. Am J Orthod Dentofacial Orthop 00;:69-56. 7. Öztürk F, Babacan H, Nalçacı R, Kuştarc A. Effects of direct and indirect bonding techniques on bond strength and microleakage after thermocycling. Korean J Orthod 009;39:393-0. 8. Bishara SE, Trulove TS. Comparisons of different debonding techniques for ceramic brackets: an in-vitro study. Part. Background and methods. Am J Orthod Dentofacial Orthop 990;98:5-53. 9. Rizoiu I, Kohanghadosh F, Kimmel AI, Eversole LR. Pulpal thermal responses to an erbium, chromium:ysgg pulsed laser hydrokinetic system. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 998;86:0-3. 9
Vol. 0, No., 00. Korean J Orthod 브라켓부착을위한변형된레이저부식법 0. Ariyaratnam MT, Wilson MA, Mackie IC, Blinkhorn AS. A comparison of surface roughness and composite/enamel bond strength of human enamel following the application of the Nd:YAG laser and etching with phosphoric acid. Dent Mater 997;3:5-5.. Reynolds IR. A review of direct orthodontic bonding. Br J Orthod 975;:7-8.. Wang X, Ishizaki NT, Suzuki N, Kimura Y, Matsumoto K. Morphological changes of bovine mandibular bone irradiated by Er,Cr;YSGG laser: an in vitro study. J Clin Laser Med Surg 00;0:5-50. 3. Kimura Y, Yu DG, Fujita A, Yamashita A, Murakami Y, Matsumoto K. Effects of erbium,chromium:ysgg laser irradiation on canine mandibular bone. J Periodontol 00;7: 78-8.. Johnston CD, Hussey DL, Burden DJ. The effect of etch duration on the microstructure of molar enamel: an in vitro study. Am J Orthod Dentofacial Orthop 996;09:53-. 93
ORIGINAL ARTICLE Modified laser etching technique of enamel for bracket bonding Min-Sung Yun, DDS, a Sang-Min Lee, DDS, MSD, b Byung-Ho Yang, DDS, MSD, PhD c Objective: Many studies have carried out research on comparisons between laser etching and conventional etching systems to investigate methods of reinforcing shear bond strength. The purposes of this study were to assess the efficiency of bonding with erbium, chromium doped: yttrium-scandium-gallium-garnet (Er,Cr:YSGG) laser etching combined with the conventional etching technique. Methods: Sixty-four sound premolars, extracted for orthodontic purposes, were randomly divided into groups and treated in the following manner. First group, conventional etching of 37% phosphoric acid for 5 seconds (control); second group,.5 W laser etching for 0 seconds followed by conventional etching; third group, conventional etching followed by.5 W laser etching; fourth group,.5 W laser etching for 5 seconds only. We assessed the shear bond strength, the surface characteristics, and the adhesive remnant index scores between all groups. Results: Experimental groups showed higher shear bond strength than the control group. But no statistically significant differences were found between the second and third groups. Adhesive remnant scores were compared with the Kruskal-Wallis test, and no statistically significant differences were found between all groups. Conclusions: To obtain maximum shear bonding strength, a combined technique of Er,Cr:YSGG and 37% phosphoric acid is useful even though it may be inconvenient. (Korean J Orthod 00;0():87-9) Key words: Laser, Etching, Acid etching, Shear bond strength a Graduate Student, b Assistant Professor, c Associate Professor, Department of Orthodontics, Hallym University Sacred Heart Hospital. Corresponding author: Sang-Min Lee. Department of Orthodontics, Hallym University Sacred Heart Hospital, 896, Pyeongan-dong, Dongan-gu, Anyang 3-070, Korea. +8 3 380 5976; e-mail, smlee06@gmail.com. Received Novemver 8, 009; Last Revision February 5, 00; Accepted February 8, 00. 9