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서론
수 십년 간의 성공적인 임상 결과와 끊임없는 개선에 의해 임플란트는 상실치 수복 시 우선시되고 보편적인 치료 방법으로 자리잡았다. 빈번한 결손부인 구치부의 경우 치조골 흡수 및 상악동, 하치조 신경 등의 해부학적 구조물로 골높이가 부족한 경우가 흔하여 임플란트 식립을 위해 상악동거상술, 골유도재생술, 하치조신경이동술등 가용한 골높이 증가를 위한 별도의 수술이 필요하다. 이 같은 수술은 수십 년 간의 임상 경험을 통해 신뢰할만한 술식으로 자리잡았으나1 수술에 대한 부담감, 술후 불편감 및 치료 시간의 증가 등의 단점 때문에 대안으로 짧은 길이의 임플란트를 상용화하기 위한 많은 연구들이 있었다. 초기의 많은 논문들은 짧은 길이의 임플란트가 표준 길이에 비해 성공률이 낮고 임플란트 길이는 성공률과 관련이 있다고 보고하였다.2-4 그러나 임플란트의 표면, 디자인, 수술방식 등에 대한 끊임없는 연구 및 개선의 결과로 최근에는 임플란트 길이에 따른 성공률 차이는 없었다는 보고가 증가하고 있다.5-7 일부 논문에서는 골높이가 부족한 경우, 골이식술을 동반하여 길이가 긴 임플란트를 식립하는 것보다 골이식술 없이 길이가 짧은 임플란트를 심는 것을 보다 더 효율적인 술식으로 제안하기도 하였다.8-10
그러나 이러한 긍정적인 보고에도 불구하고 대체적으로 임상가들은 짧은 길이의 임플란트 사용에 대한 의구심이 있는데 이에 대한 이유 중 하나로 역학적으로 불리한 치관-임플란트 비율(crown-to-implant (C/I) ratio)을 들 수 있다. 전통적으로 자연치의 예후 평가 시 치관-치근 비율(crown-to-root (C/R) ratio)을 중요한 요인으로 고려하였다. 많은 연구들에서 치관-치근 비율이 증가할 경우 1종 지렛대 작용에 의해 교합력에 보다 취약하게 되며 고정성 보철물을 수복하기 위해서는 지대치가 최소 1:2의 치관-치근 비율을 갖는 것이 이상적이라고 보고하였다.11-14 이러한 자연치에서의 원칙을 그대로 임플란트에도 적용하여 적절한 치관-임플란트 비율을 찾아내려는 많은 연구가 있었으나 각 연구마다 다양한 결과가 보고된 바 치관-임플란트 비율과 임플란트의 예후 간의 관계는 아직 확립되지 않은 상태이다.
본 논문에서는 하악 단일 구치부에서 다양한 길이의 임플란트를 통해 임플란트 길이에 따른 치관-임플란트 비율이 임플란트의 안정성과 변연골 소실(marginal bone loss; MBL)에 영향을 주는지에 대해 알아보고자 하였다.
연구 재료 및 방법
1. 연구 대상
본 임상시험을 위해 하악 제1대구치 혹은 제2대구치 단일치아 발치 후 최소 3개월이상 경과한 지원자들 중 선정기준과 제외기준을 적용하여 52명을 선별하였다. 흡연, 이갈이, 임산부 등 임플란트에 부적절한 자나 술 전 CT 상 나타나는 골밀도 D4 환자는 제외하였다. 본 연구는 헬싱키 선언(Helsinki Declaration, 2000)에 따라서 진행되었으며, 이 연구 계획은 서울대학교 치과병원 Institutional Review Board (IRB No. CDE16004)의 승인을 받았다.
2. 연구 방법
1) 술 전 진단 및 준비
모든 연구대상자는 임플란트 수술 및 보철 수복 계획을 위해 술 전 진단 및 준비과정을 진행하였다. 먼저, 진단을 위해 파노라마와 CBCT (CS9300®,Carestream Health, Rochester, NY)를 촬영하고 구강스캐너를 이용하여 디지털 인상을 채득하였다. CT영상과 디지털 인상 데이터를 기반으로 소프트웨어 Implant Studio™ (3 Shape, Copenhagen, Denmark) 상에서 해부학적 구조와 악간 관계를 고려하여 임플란트 식립 및 보철 수복을 계획하였다. 이 계획에 따라 수술가이드와 맞춤형 티타늄 지대주 및 임시보철물을 제작하였다.
2) 임플란트 식립 수술
임플란트 고정체는 시판되고 있는 CMI IS-III active® (Neobiotech, Seoul, Korea)를 사용하였으며 대조군에는 19개의 지름 5 mm × 길이 10 mm의 고정체를, 실험군에는 지름 5.5 mm × 길이 6.6 mm 8개, 7.3 mm 9개, 8.5 mm 10개, 총 27개의 고정체를 무작위로 배정하여 식립하였다. 2명의 경험이 풍부한 치주과 의사가 디지털 수술 가이드를 사용하여 무절개로 Neobiotech 사의 즉시부하 식립방법대로 시행하였다. 식립 토크가 35 - 45 Ncm가 되도록 조정하였고 Osstell™ Mentor® (Integration Diagnostics AB, Göteborg, Sweden)를 이용하여 ISQ (Implant Stability Quotient) 값을 측정하였다. 식립 토크가 35 - 45 Ncm 범위를 벗어나거나 ISQ 값이 65 미만인 경우 실험 대상에서 제외하였다.
3) 보철물 장착
임플란트 식립 1주 후 미리 제작해 놓은 임시치아를 연결하여 즉시하중부하를 시행하였다. 임플란트 식립 12주 후에 지르코니아 크라운을 CAD-CAM 방식으로 제작하여 최종 수복하였다.
4) 평가
(1) 안정도(stability) 측정
안정도 검사는 임플란트 식립 직후와 임시보철물 장착시(식립 후 1주), 식립 후 3, 4, 8주, 최종보철물 장착 시(식립 후 12주), 임플란트 식립 후 24, 36, 48주 후 Osstell Mentor™ 를 이용하여 ISQ 값을 측정하였고, 측정 시 마다 총 4회 측정 후(근심, 원심, 협측, 설측) 평균값을 계산하였다.
(2) 임플란트 변연골 소실량 측정
임플란트 식립 직후, 48주 후에 표준치근단방사선 사진을 촬영하여 임플란트 변연골 소실량을 평가하였다. 방사선 사진 상에서 임플란트 고정체 pitch간의 거리를 측정(b)하고 실제의 pitch간 거리인 0.9 mm와의 비를 이용하여 방사선 사진상의 거리와 실제 거리와의 환산률을 계산하였다. 식립 직후와 48주 후 촬영한 방사선 사진에서 각각 고정체 플랫폼 최상단으로부터 치조정간의 거리(a)를 방사선 사진상에서 측정 후 앞에서 계산한 환산률을 반영하여 실제 플랫폼으로부터 치조정간의 거리(x)로 환산하였다. 이렇게 산출된 48주의 플랫폼에서 치조정간의 거리(48주 후의 x)에서 식립 직후의 거리(식립 직후의 x)를 차감하여 변연골의 변화량을 구하였다(Fig. 1). 근심, 원심에서 각각 측정하고 평균치를 계산하였다.
Fig. 1
Measurement of marginal bone loss (MBL) on periapical radiograph (x: distance between platform and periimplant bone crest).
(3) 치관-임플란트 비율 측정
표준 치근단 방사선 사진에서 치관과 임플란트의 길이를 측정하였다. 치관의 길이는 임플란트 플랫폼에서 수복물의 가장 높은 곳까지의 길이를, 임플란트의 길이는 임플란트 플랫폼에서 치근단까지의 길이를 플랫폼에 수직으로 측정하였다. 치관 길이를 임플란트 길이로 나누어 치관-임플란트 비율을 계산하였다(Fig. 2). 실험군, 대조군 별로 각각 평균 치관-임플란트 비율을 계산하였다.
Fig. 2
Measurement of C/I ratio on periapical radiograph, (A) Control group: CMI IS-III active® diameter 5 mm × length 10 mm, (B) Experimental group: CMI IS-III active® diameter 5.5 mm × length 6.6 mm.
(4) 상관관계분석
두 군의 임플란트 치관-임플란트 비율, 식립 후 48 주의 ISQ 값, 그리고 식립 48주 후의 변연골 소실량을 사용하여 임플란트 치관-임플란트 비율과 안정도의 상관관계 및 임플란트 치관-임플란트 비율과 변연골 소실량 간의 상관관계를 각각 분석하였다.
(5) 통계적 분석
대조군과 실험군에서의 치관-임플란트 비율, ISQ, 변연골 소실량 측정치에 대해 정규성 검정(Shapiro-Wilk)을 수행하였다. 정규성 검정을 통과한 치관-임플란트 비율 및 ISQ에 대해서는 독립 표본 t 검정을 사용하였고, 통과하지 못한 변연골 소실량에 대해서는 Mann-Whitney 검정을 사용하여 비교 분석하였다. 치관-임플란트 비율이 임플란트 안정성 및 변연골 소실량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 선형 상관관계 분석을 수행하였다. 모든 변수는 평균과 표준편차로 나타내었으며, P < 0.05를 통계학적 유의성 있는 것으로 설정하였다(Sigma Plot 12.0, Systat Software Inc. San Jose, USA).
결과
본 연구 결과 분석에 포함된 환자 수는 총 46명(평균 연령: 54.54 ± 11.55세/범위: 27 - 75세/남: 34명, 여: 12명)으로 처음 선별한 52 명 중 환자의 변심 또는 본 연구 프로토콜 기준에 의해 6명의 환자가 중도 탈락되었다. 실험군과 대조군 간 성별, 나이, 골밀도에 있어 통계적 유의성 있는 차이는 없었다. 최종 분석에 포함된 개수는 총 46개로 대조군 10 mm 19개와 실험군 6.6 mm 8개, 7.3 mm 9개, 8.5 mm 10개였다.
치관-임플란트 비율은 대조군 평균 1.00 ± 0.12, 실험군 평균은 1.36 ± 0.29으로 나타났으며 두 그룹간 값의 차이는 통계적으로 유의성이 있었다(P < 0.001)(Table 1). 그룹별로 치관-임플란트 비율 분포는 Fig. 3과 같다.
Table 1
Crown- to- implant ratio
|
Control Neobiotech CMI IS-III active ® long Implant |
Experimental Neobiotech CMI IS-III active ® short Implant |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| N | C/I ratio | N | C/I ratio | P value* | |
| Mean ± SD | 19 | 1.00 ± 0.12 | 27 | 1.36 ± 0.29 | P < 0.001 |
| Median | 19 | 1.03 | 27 | 1.37 | |
| Max | 19 | 1.19 | 27 | 1.89 | |
| Min | 19 | 0.71 | 27 | 0.64 | |
술 후 48 주에 측정한 ISQ 값은 대조군, 실험군 모두에서 수술 시보다 증가하여 만족할만한 높은 수치를 나타냈으며 대조군과 실험군간 유의성 있는 차이는 없었다(P > 0.05)(Table 2). 술 후 48주의 변연골 소실량의 평균값은 대조군 0.06 ± 0.82 mm, 실험군 0.05 ± 0.77 mm으로 그룹간에는 유의한 차이가 없었다(P > 0.05)(Table 3).
Table 2
Comparison of ISQ value at 48 weeks after surgery between the long and short implants
Table 3
Comparison of marginal bone loss at 48 weeks after surgery between the long and short implants
| Control Neobiotech CMI IS-III active® long Implant | Experimental Neobiotech CMI IS-III active® short Implant | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Duration | Area | N | Mean ± SD | N | Mean ± SD | P value* |
| 48-week follow up | Mesial | 19 | -0.15 ± 0.94 | 27 | -0.13 ± 0.82 | 0.719 |
| Distal | 0.27 ± 0.80 | 0.23 ± 0.92 | 0.573 | |||
| Avg | 0.06 ± 0.82 | 0.05 ± 0.77 | 0.655 | |||
치관-임플란트 비율과 ISQ 값의 상관관계 분석결과 통계적 유의성이 없었으며 치관-임플란트 비율과 변연골소실량 간에도 유의미한 상관관계가 없는 것으로 나타났다(Table 4, Fig. 4).
고찰
본 연구는 환자 편의의 간편한 술식을 추구하는 추세에 맞추어 길이가 짧은 임플란트를 골이식 없이 식립하고 즉시하중을 부하하는 실험을 디자인하였다. 또한 진단, 수술, 보철에 이르기까지 모두 디지털 workflow에 의해 행함으로써 한번의 내원으로 진단 및 수술, 보철 계획에 필요한 모든 자료를 채득하고, 수술가이드를 이용하여 비절개수술을 행하였으며 미리 만들어둔 임시 보철을 즉시 하중함으로써 환자의 내원횟수, 시술시간 및 술후 불편감을 감소시키고 즉시 수복을 시행하여 보다 환자 편의를 고려하였다. 본 실험의 프로토콜 기준을 모두 충족시키는 환자들이 최종 분석대상에 포함되었으며 모든 임플란트(총 46개)는 48주의 관찰기간 동안 성공기준을 충족하였다.
48주째에 측정한 ISQ 값은 대조군, 실험군 모두에서 식립 시 측정값보다 증가하여 만족할만한 안정도를 보였으며 두 그룹간 유의성 있는 차이는 없었다(P > 0.05). 술 후 48주에 측정한 임플란트 변연골 소실량은 실험군, 대조군 모두에서 미미한 것으로 측정되었고 그룹 간에 유의한 차이는 없었다(P > 0.05). 임플란트 변연골 소실량은 장기 임플란트 안정성과 생존률에 영향을 주는 중요한 요인으로, 길이가 짧은 임플란트의 경우 골유합된 고정체의 길이가 짧으므로 변연골 소실량에 더욱 주의를 기울여야 한다.15 기존 연구들에 의하면 임플란트 식립 후 1년 동안에 임플란트 변연골 흡수가 가장 많이 발생한다16,17고 하였고, 성공적인 임플란트의 변연골 소실량의 기준은 부하 후 1년간 1.5 mm/yr 이하, 그 이후로는 0.2 mm/yr로 제안하고 있다.18 본 연구에서는 대조군, 실험군 모두에서 1년의 관찰기간 동안 0.1 mm 이하의 미미한 골흡수가 관찰되어 임플란트의 긍정적인 예후를 예상 가능하게 한다.
짧은 길이의 임플란트의 사용이 증가하면서 역학적으로 불리할 수 있는 치관-임플란트 비율에 관심이 커졌고 자연치에서의 치관-치근 비율과 같은 개념으로 치관-임플란트 비율과 임플란트 성공률 간의 관계를 밝히려는 많은 연구가 이루어졌다. 일반적으로 치관-임플란트 비율이 높아지면 지렛대 효과로 과부하가 야기되고 nonaxial 부하가 생겨 임플란트에 좋지 않은 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 몇몇의 한계요소분석을 이용한 생역학적 논문에서는 치관-임플란트 비율이 증가하면 임플란트 주변골에 높은 스트레스를 야기하고 이는 임플란트 변연골 흡수를 야기할 수 있다고 보고하였다.19,20 Cinar와 Imirzalioglu21의 보고에서도 치관-임플란트 비율이 2배 증가할 경우 임플란트 주변 von Mises stresses가 47% 증가하였다고 하였다. 또한 임상연구들에서도 치관-임플란트 비율의 증가가 변연골 소실을 증가시킨다는 보고들이 있다. Malchiodi 등22은 36개월간 259개의 길이가 짧은 임플란트들을 평가한 결과 치관-임플란트 비율이 2이상인 경우 변연골 소실량이 증가하였다고 보고하였다. Hingsammer 등23은 6.5 mm 길이의 74개의 임플란트를 관찰한 결과 골흡수량과 치관-임플란트 비율은 강한 상관관계를 보였으며 치관-임플란트 비율이 1.7을 넘지 않아야 조기 골흡수가 증가하지 않는다고 보고하였다.
그러나 위의 연구들과 달리 본 연구에서는 치관-임플란트 비율과 임플란트 안정성 및 변연골 소실량 간에 유의성 있는 상관관계가 관찰되지 않았다. 본 연구에서의 치관-임플란트 비율은 최소 0.64에서 최대 1.89 사이 범위였으며 대조군과 실험군의 평균 치관-임플란트 비율은 유의하게 차이를 나타냈으나 두 그룹간 안정성 및 변연골 소실량은 유의한 차이가 없었다. 본 논문의 결과는 치관-임플란트 비율과 임플란트의 임상적 결과와는 상관관계가 없고 자연치의 치관-치근 비율에 대한 기존 가이드라인을 임플란트에 그대로 적용하면 안 된다는 다음 연구들의 결과와 일치한다. Blanes24는 review 논문에서 치관-임플란트 비율은 임플란트 변연골 흡수에 영향을 주지 않는다고 하였고, Hof 등25도 후향적 임상 연구에서 하중 부하 후 1년 그리고 그 이상 기간 동안에도 치관-임플란트 비율은 임플란트 변연골 흡수에 영향을 주는 요인이 아니라고 하였다. Tawil 등26은 109명의 환자에서 262개의 짧은 길이의 machined 표면 임플란트를 53개월 간 관찰하여 교합면 크기, 치관-임플란트 비율, 교합 패턴, 캔틸레버와 변연골 소실량과의 관계를 분석해 본 결과 유의한 상관 관계를 발견하지 못하였다. Mangano 등27은 다양한 치관-임플란트 비율을 갖는 68개의 짧은 임플란트를 치관-임플란트 비율이 2 이상인 그룹과 2 미만인 그룹으로 나누어 5년 간 관찰한 결과, 성공률 및 부작용에 있어 유의성 있는 차이를 발견할 수 없었다고 하였다.
생역학적 측면에서, 일반적으로 치관-임플란트 비율이 증가하면 지렛대 작용에 의해 임플란트 주변골에 가해지는 스트레스가 증가할 것이라 추정할 수 있고 실제로 생역학적 논문에서 그와 같은 결과를 보고하고 있다.19-21 그러나 본 논문에서는 임플란트-치관 비율은 ISQ나 변연골 소실량에 영향을 주지 않았고 이는 불리한 치관-임플란트 비율로 인한 임플란트에 대한 스트레스의 증가가 임플란트 안정성을 저해하거나 변연골 소실을 야기하는 임계 스트레스를 넘기지 않았다고 추정할 수 있다. 이러한 결과의 원인으로 임플란트 예후에 중요한 요인인 초기 안정성을 확보하고 임플란트에 불리한 스트레스를 줄이기 위한 본 연구의 설계 조건을 들 수 있다. 본 임상연구에서는 미리 정한 엄격한 기준에 의해 연구대상자를 선별하였으며 CT를 촬영하여 D4 골밀도의 환자는 배제하였다. 골밀도는 초기 안정성에 영향을 주는 주요 인자로 알려져 있으며 이와 관련하여 Lai 등28은 104개의 SLA (sandblasted, large-grit, acid-etched) 임플란트 대상으로 관찰한 결과 골밀도 D1에서의 임플란트가 D4에 비해 높은 ISQ 값을 나타냈다고 하였고, Turkyilmaz 등29도 골밀도와 ISQ 값 간에는 강한 상관관계가 존재한다고 하였다.
또한 본 실험에서는 식립 시 35 - 45 Ncm의 식립토크 및 65이상의 ISQ값을 나타낸 초기 안정성이 충분하다고 판단된 임플란트만을 실험 대상에 포함시켰다. Östman 등30은 임플란트의 즉시 부하를 위한 기준에 ISQ 값을 포함시켜야 하며 ISQ 65이상을 즉시 부하를 위한 기준으로 제시하였다. 식립토크 또한 초기 안정성을 확인하는 중요한 수단으로 알려져 있으며31 25 - 45 Ncm의 식립토크를 확보한다면 부하 시 발생할 수 있는 미세 동요를 방지할 수 있다고 하였다. 이러한 보고들에 기반하여 본 연구에서는 좀더 보수적으로 35 - 45 Ncm 식립토크를 확보하려 하였으며 골밀도가 낮은 경우 수술 시 under drilling을 시행하였다. 임플란트 식립 시 표준 drilling과정 전체를 따르지 않고 under drilling 시 초기 안정성을 증가시킬 수 있다고 알려져 있다.32
본 연구에서 사용된 임플란트 고정체는 SLA 표면으로 기존 많은 연구들에서 sandblasting 과 acid etching 처리를 통해 임플란트 표면의 거칠기와 세포 반응 속도를 증가시킬 수 있다고 증명되고 있으며,33-35 최근 가장 신뢰할 만하고 널리 사용되는 임플란트 표면처리방법 중 하나이다. 임플란트의 표면 뿐 아니라 디자인도 초기 안정성을 확보하는데 중요한 요인인데 본 연구에 사용된 임플란트는 self-tapping taper 형태로 taper 형태의 임플란트는 골밀도가 낮은 경우 피질골에 응축력을 가할 수 있고 스트레스를 분산시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.36-38 또한 CMI IS-III active 임플란트에는 깊은 buttress형태의 thread가 디자인되어 있는데 이와 같은 형태는 기계적인 유지력을 증가시킬 수 있어 초기 안정성 확보에 유리하다.39-41
본 연구에서는 길이 6.6 mm, 7.3 mm, 8.5 mm 길이의 임플란트에 대해서는 표준 길이 10 mm 임플란트의 직경 5.0 mm 보다 두꺼운 직경 5.5 mm를 사용하였다. 직경이 다른 임플란트의 결과를 비교하는 것은 엄밀한 의미에서 부적절하고 본 논문의 한계라고 볼 수 있으나, 실제 환자들을 대상으로 하는 임상시험임을 감안하여 짧은 임플란트의 부족한 골-임플란트 접촉 면적을 보상하기 위해 보수적으로 실험을 설계하였다. 넓은 직경의 임플란트는 골량이나 골밀도가 좋지 않거나 표준 직경 임플란트가 실패한 경우 대안으로 사용하여 왔다.42,43 Horwitz 등44은 임플란트 길이, 직경과 ISQ값의 관계를 밝히는 논문에서 임플란트 길이와 ISQ는 상관관계가 없었으며 직경이 큰 임플란트에서 더 높은 ISQ값이 나타났다고 하였다. 유한요소분석 방법을 사용한 논문들에서도 임플란트와 골계면에 작용하는 스트레스를 분산시키는 데 임플란트 길이의 영향은 크지 않았고,20,45,46 초기 안정성은 임플란트 길이보다 직경에 의해 더 많이 영향을 받는다고 보고하였다.47 이 같은 보고들을 고려할 때, 넓은 직경을 사용한 것은 짧은 임플란트들이 상대적으로 불리한 치관-임플란트 비율에도 불구하고 안정적인 결과를 나타내는데 일조할 수 있었다고 추측할 수 있으며 실제 임상에서의 응용도 기대할 수 있다.
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