고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공 전공
김재홍 김웅철 김혜영
Abstract
Application of ceramic materials for fabrication of dental restoration has been a focus of interest in esthetic dentistry. These ceramic materials are glass ceramics, spinel, alumina, and zirconia. Development of yttrium tetragonal zirconia polycrystal(Y-TZP) based systems is a recent addition to all-ceramic systems with high strength used for crowns and fixed partial dentures. CAD/CAM produced, Y-TZP based systems are in a considerable demand in esthetic and stress-bearing regions. The highly esthetic nature of zirconia coupled with its superior physical properties and bio-compatibility have resulted in restorative systems that meet demands of today's patients. Many in vitro studies about zirconia use have been published, however clinical long-term studies are relatively scarce. The use of zirconia frameworks for long-span fixed partial dentures is currently under evaluation and further in vivo, long-term clinical studies are needed to provide scientific evidence for drawing solid guidelines. Further clinical and in vitro studies are needed to obtain the information on long-term clinical use of zirconia-based restorations.
* 교신저자: kimhaey@korea.ac.kr
Ⅰ. 서론
금속도재관은 고전적으로 심미성이 요구되는 전치부의 수복에 이용되어 왔으나 그 가장 큰 문제점 또한 심미성에 있어서의 한계로서, 금속구조물(metal framework)의 부득이한 사용으로 인한 자연치 색상 재현에 있어서의 한계와 또한 지대치를 둘러싼 잇몸에 발생하는 청자색 착색의 문제점 등이 지적되어 왔다.
따라서 심미적으로 보다 뛰어난 결과를 얻는 새로운 방법을 개발하려는 노력이 수십 년에 이르는 오랜 기간 동안 이루어져 왔으며 심미성, 생체친화성, 색상 안정성, 마모저항성 및 낮은 열전도성 등의 장점을 가진 다양한 종류의 심미적인 전부도재관이 개발되어 임상에 적용되었다(Sturdevant JR, 1999). 가장 최근에 개발된 전부도재관 재료는 지르코니아 계열로서 1998년에 개발된 Cercon을 시작으로 수종이 개발되어 2005년을 전후로 공식적으로 치과용 수복재료로 인정을 받게 되었다(Ban S, 2008).
치과용 지르코니아는 3 mol%의 Yttiria를 함유한 Tetragonal Zirconia Polycrystal(Y-TZP)가 주로 사용되고 있으며 굴곡강도가 900~1,200 MPa에 이르며 파절인성(fracture toughness)이 9~10 KIC에 이르는 등 매우 우수한 물리적 성질을 가지고 있어 전부도재관의 구치부 크라운 및 FPD의 코어, 치과용 임플란트 등의 폭넓은 사용이 가능한 것으로 평가되고 있다.
현재까지 개발된 최적의 전부도재관의 코어재료로 인식되는 지르코니아는 기존의 전부도재관 시스템의 가장 큰 단점인 굴곡 강도의 취약성을 극복하고 금속과 유사한 충분한 강도, 미세 조정에 편리한 경도, 구조적 안정성 및 우수한 생체적합성 등의 특성으로(Lawn BR, 2001) 전부도재관의 활용범위를 전치부에 국한된 용도에서 구치부를 포함한 전체 부위로, 단일 치관에 국한되지 않고 FPD로 확장하는 등 심미보철의 새로운 지평을 열었다.
충분한 강도와 심미적 요구를 만족시키는 치과재료에 대한 요구에 따라 치과용 지르코니아의 사용은 확대일로에 있으며 최근 금값의 상승, 심미수요의 극대화 및 생체안전성의 추구 등의 대중적 경향 속에 그 사용량이 급증하고 있다.
1. 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관의 가능한 취약성
(1) 반소결 지르코니아 절삭가공 후 완전소결 과정 중 수축의 문제 : Full sintering shrinkage
완전 소결된 지르코니아는 강도가 매우 높아 절삭가공 과정에 적합하지 않으므로, 일반적으로 반소결된 지르코니아를 절삭 가공하여 완전소결 과정을 거쳐 전부도재관의 코어를 제작하며, 완전소결과정에서 25% 가량의 수축이 일어나고, 이에 따라 코어의 변형 초래될 수 있다(Bindl 2007).
최근의 연구 중 지르코니아 코어의 변연 부적합의 주된 원인은 반소결 지르코니아 블록의 완전소결 후 수축이라는 보고가 있다(Kunii 2007).
(2) 코어 와 비니어 의 결합력의 문제 : Core-veneer bond strength
지르코니아는 불투명도가 크기 때문에 자연치 색조의 재현이 어렵다는 점과 높은 강도로 인한 대합치 마모 및 임상적으로 안정성에 대한 구조적 기준 등이 마련되어 있지 않다는 점 등으로 인하여 단일구조 전부도재관으로 이용되지 않고 코어의 형태로 사용되고 있으며 통상 지르코니아 코어 위에 포셀린비니어(porcelain veneer)의 축조가 필요하다(Braga RR 2000).
지르코니아 코어와 축조된 포셀린비니어 간의 결합강도에 영향을 주는 요인으로는 두 재료 간 기계적, 물리적 화학적 결합의 강도, 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 수축력, 도재 층과 코어의 두께, 탄성계수의 차, 작용하는 힘과 관련된 요인, 수복물과 접착제 계면 사이의 결함 및 기타 환경적 요인 등이 있으며, 전부도재 수복물 시스템에서 도재의 부분적 파절에 의한 실패가 상당한 정도로 보고되고 있다(Dundar M, 2007; Daftary F, 1986).
(3) 저온열화현상 : Low Temperature Degradation(LTD)
Kobayashi 등은 습윤한 환경과 저온(250℃ 근처)에서 치과용 지르코니아(Y-TZP)가 서서히 변성과정을 겪으며 미세균열이 진행되어 강도가 감소하는 현상을 발견하고, 이를 저온열화 (Low Temperature Degradation, LTD) 현상이라 명명하였다. 지르코니아를 치과용 코어로 적용하거나 치과용 임플란트로 사용하는 경우 습윤상태인 구강 내에서 사용되므로 저온열화현상의 가능성이 있다(Jevnikar 2000, Kosmac, 2008).
2. 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관의 임상적 적용에 관한 연구 현황
1) 제작 시 품질 평가 연구 : in vitro study
① 변연 적합도 및 내면 적합도 (Marginal fit & Internal fit)
일반적으로 변연 적합도는 보철물의 성패를 좌우하는 매우 중요한 요소로(Rekow ED, 1993) 변연 적합도가 낮은 경우 미세누출이 증가하고 지각 과민증을 일으키거나 치태 침착이 증가하여 결과적으로 치아우식증이나 치주염이 발생될 우려가 크다.
또한 보철물의 적합성 증진을 위해서는 내면 적합도 또한 중요하다(Hung SH, 1990). 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관 수복물의 변연 적합도에 관한 다양한 연구가 수행된 바 있는데 연구 재료의 종류와 연구방법에 따라 40μm에서 115μm 등의 범위를 보고하고 있으며 대부분이 임상 허용치인 120 μm이하의 변연적합도 범위에 있는 것으로 평가되고 있다(May KB, 1998; Suttor D, 2001; Bindl A, 2005).
② 굴곡강도 및 파절인성 (Flexural strength & Fracture toughness)
굴곡강도와 파절인성은 치과용 세라믹의 한계와 임상적 가능성을 결정할 수 있는 측정도구로 널리 사용되고 있으며(Handan Y 2007), 지르코니아의 물리적인 성질은 다른 모든 치과용 세라믹 재료에 비해 탁월하다고 평가되고 있다. 많은 연구 결과 지르코니아 코어의 굴곡강도는 900~1200MPa의 범위를 보이고, 파절인성은 9~10KIC의 범위를 보여 인간의 평균 저작압 보다 높은 수치를 보이므로 저작활동에 무리가 없는 물리적 성질을 보이는 것으로 보고되었다(Denry I, 2008; Piconi C, 1999; Hertlein G, 2001; Taskonak, 2008).
③ 투명성 및 심미성 (Translucency and Restoration aesthetics)
세라믹 재료는 자연치아와 유사한 색상을 재현 할 수 있기 때문에 전반적인 심미성이 매우 좋으며 환자의 만족도 또한 매우 높다. 최근에는 다양한 색상의 지르코니아 블록이 개발되어 탁한 흰색 블록보다는 심미적인 상아색 블록을 많이 사용하는 방향으로 발전하고 있고, 포셀린 비니어와의 결합력을 개선하기 위하여 이용하는 나노 입자가 투명성을 증진시키는 이중의 효과를 보여 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관 시스템에 심미성의 증진이 이루어지고 있다(Edelhoff, 2002; Hauptmann, 2000).
Figure 3. Marginal gap measurement: example of a microscopic picture. Closest distance between die(D) and zirconia retainer(R).
2) 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관 고정성 국소의치(fixed partial denture, FPD)의 임상적 적용에 관한 전향적 추적 조사 : in vivo studies
① 지르코니아 코어를 이용한 단관(crown)의 임상적 적용에 관한 장기 추적 조사
대체로 전부도재관 단관(crown)의 경우 높은 생존률을 보고하고 있다. Pjertusson 등(2007)에 따르면 금속도재관 및 전부도재관 단관의 5년 추정생존율(5-year estimated survival)은 각각 95.6% 및 93.3%으로 보고되었고, 구치부에 전부도재관이 적용된 경우 5년 추정생존율을 상대적으로 낮게 나타나 90.4%~94.9%의 범위를 나타내었다.
Sailer 등(2007)은 전부도재관 FPD에서 코어 프레임(core frame) 또는 포셀린 비니어 물질의 파절이 빈번하게 나타났다고 보고하였고 기타 유지의 상실이나 이차우식 및 치수실활(loss of vitality) 등의 실패 원인을 보고하였다.
② 지르코니아 코어를 이용한 고정성 국소의치(FPD)의 임상적 적용에 관한 장기 추적 조사
현재 전부도재관의 적용 영역의 확장 면에서 큰 관심사인 3-5 unit 전부도재관 고정성 국소의치에 대한 2년 이상의 전향적 추적조사는 전 세계적으로 단지 십여 건 밖에 되지 않는데 그 이유는 아직 전부도재관 고정성 국소의치의 적용 시작이 오래되지 않았다는 점과 또한 전향적 장기 추적조사에 따르는 어려움이 많기 때문이다.
특히 보철물의 기대수명이 5년 이상인 것을 고려하여 볼 때, 현실적으로 중요한 5년 이상의 장기간 추적조사는 단 2건만이 보고되고 있었다. 부족하나마 보고된 연구 결과를 종합하면 지르코니아 코어를 이용한 구치부 전부도재관 FPD의 2년 이상 성공률은 대략 74~100%에 이르는 것으로 집계되었다.
지르코니아 사용 이전의 물성이 부족한 재료를 사용한 경우에 전부도재관 시스템의 가장 빈번한 실패 원인으로 지적되었던 프레임 파절은 전체 지르코니아 코어의 사용 예에서는 실패 원인 중 큰 비중을 차지하지 않으며, 여타의 원인 즉 비니어의 부분적 깨짐, 이차우식의 발생 및 치주병의 문제 등이 실패 원인 중 대부분을 구성하고 있다.
전술한 바와 같이 지르코니아를 이용한 전부도재관 연구는 국내외를 막론하고 주로 in vitro 연구에 집중되어 있고 실제 환자를 대상으로 한 임상적 in vivo 연구는 전 세계적으로도 매우 부족한 실정이다.
특히 우리나라에서는 지르코니아 코어를 이용한 전부도재관에 대한 전향적인 임상연구는 단 한 건도 없는 실정이다. 그러나 in vitro 연구 결과 CAD/CAM으로 제작된 지르코니아 보철물의 평가가 우수하다고 입증이 되었더라도 실제 임상 연구에서 비니어 파절, 이차우식, 치주질환 등에 의해 실패가 일어날 수 있으므로(Sailer 2007), 수복물의 장기적인 성공 여부는 반드시 장기적 임상연구에 의한 증거에 기반하여 설명되어야만 한다.
실제 임상에서는 지르코니아 코어를 이용한 보철물의 적용이 매우 빈번하게 이루어지고 또한 급속히 확대되고 있음에도 불구하고 과학적 증거에 기반한 장기적 성공 여부에 관한 근거를 연구의 결과로 전혀 제공하지 못하고 있는 것이 국내 연구의 현주소이다.
국외에서도 장기간의 전향적 추적조사는 치과용 지르코니아를 적용기간이 그리 길지 않은 이유와 연구의 어려움이 많은 관계로 단지 십여건에 지나지 않으며, 실제적으로 의미를 부여할 수 있는 연구는 더욱 희박한 실정이다.
그러므로 치과용 지르코니아의 임상적 효용성에 대한 적합도를 평가하기 위해서 이후 더 많은 장기간의 임상적 추적 연구가 뒷받침되어야할 것으로 사료된다.
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