• 대한치과보철학회지
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• 제40권1호
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• pp.1-17
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• 2002

The purpose of this study is to examine the possibility of thermal injury to bone tissues during an implant site preparation under the same condition as a typical clinical practice of $Br{\aa}nemark$ implant system. All the burs for $Br{\aa}nemark$ implant system were studied except the round bur The experiments involved 880 drilling cases : 50 cases for each of the 5 steps of NP, 5 steps of RP, and 7 steps of WP, all including srew tap, and 30 cases of 2mm twist drill. For precision drilling, a precision handpiece restraining system was developed (Eungyong Machinery Co., Korea). The system kept the drill parallel to the drilling path and allowed horizontal adjustment of the drill with as little as $1{\mu}m$ increment. The thermocouple insertion hole. that is 0.9mm in diameter and 8mm in depth, was prepared 0.2mm away from the tapping bur the last drilling step. The temperatures due to countersink, pilot drill, and other drills were measured at the surface of the bone, at the depths of 4mm and 8mm respectively. Countersink drilling temperature was measured by attaching the tip of a thermocouple at the rim of the countersink. To assure temperature measurement at the desired depths, 'bent-thermocouples' with their tips of 4 and 8mm bent at $120^{\circ}$ were used. The profiles of temperature variation were recorded continuously at one second interval using a thermometer with memory function (Fluke Co. U.S.A.) and 0.7mm thermocouples (Omega Co., U.S.A.). To simulate typical clinical conditions, 35mm square samples of bovine scapular bone were utilized. The samples were approximately 20mm thick with the cortical thickness on the drilling side ranging from 1 to 2mm. A sample was placed in a container of saline solution so that its lower half is submerged into the solution and the upper half exposed to the room air, which averaged $24.9^{\circ}C$. The temperature of the saline solution was maintained at $36.5^{\circ}C$ using an electric heater (J. O Tech Co., Korea). This experimental condition was similar to that of a patient s opened mouth. The study revealed that a 2mm twist drill required greatest attention. As a guide drill, a twist drill is required to bore through a 'virgin bone,' rather than merely enlarging an already drilled hole as is the case with other drills. This typically generates greater amount of heat. Furthermore, one tends to apply a greater pressure to overcome drilling difficulty, thus producing even greater amount heat. 150 experiments were conducted for 2mm twist drill. For 140 cases, drill pressure of 750g was sufficient, and 10 cases required additional 500 or 100g of drilling pressure. In case of the former. 3 of the 140 cases produced the temperature greater than $47^{\circ}C$, the threshold temperature of degeneration of bone tissue (1983. Eriksson et al.) which is also the reference temperature in this study. In each of the 10 cases requiring extra pressure, the temperature exceeded the reference temperature. More significantly, a surge of heat was observed in each of these cases This observations led to addtional 20 drilling experiments on dense bones. For 10 of these cases, the pressure of 1,250g was applied. For the other 10, 1.750g were applied. In each of these cases, it was also observed that the temperature rose abruptly far above the thresh old temperature of $47^{\circ}C$, sometimes even to 70 or $80^{\circ}C$. It was also observed that the increased drilling pressure influenced the shortening of drilling time more than the rise of drilling temperature. This suggests the desirability of clinically reconsidering application of extra pressures to prevent possible injury to bone tissues. An analysis of these two extra pressure groups of 1,250g and 1,750g revealed that the t-statistics for reduced amount of drilling time due to extra pressure and increased peak temperature due to the same were 10.80 and 2.08 respectively suggesting that drilling time was more influenced than temperature. All the subsequent drillings after the drilling with a 2mm twist drill did not produce excessive heat, i.e. the heat generation is at the same or below the body temperature level. Some of screw tap, pilot, and countersink showed negative correlation coefficients between the generated heat and the drilling time. indicating the more the drilling time, the lower the temperature. The study also revealed that the drilling time was increased as a function of frequency of the use of the drill. Under the drilling pressure of 750g, it was revealed that the drilling time for an old twist drill that has already drilled 40 times was 4.5 times longer than a new drill The measurement was taken for the first 10 drillings of a new drill and 10 drillings of an old drill that has already been used for 40 drillings. 'Test Statistics' of small samples t-test was 3.49, confirming that the used twist drills require longer drilling time than new ones. On the other hand, it was revealed that there was no significant difference in drilling temperature between the new drill and the old twist drill. Finally, the following conclusions were reached from this study : 1 Used drilling bur causes almost no change in drilling temperature but increase in drilling time through 50 drillings under the manufacturer-recommended cooling conditions and the drilling pressure of 750g. 2. The heat that is generated through drilling mattered only in the case of 2mm twist drills, the first drill to be used in bone drilling process for all the other drills there is no significant problem. 3. If the drilling pressure is increased when a 2mm twist drill reaches a dense bone, the temperature rises abruptly even under the manufacturer-recommended cooling conditions. 4. Drilling heat was the highest at the final moment of the drilling process.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권2호
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• pp.157-168
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• 2008

연구목적: 골유착성 임플랜트를 이용한 치료가 초기의 완전 무치악 증례에 도입된 이후 장기간의 임상 관찰 결과 높은 성공률이 보고되고 있으며, 점차 부분 무치악 및 단일치 상실 증례 등의 다양한 영역으로 확대되고 있다. 하지만 이러한 임플랜트에 가해지는 저작압은 임플랜트와 주위 골에 축 방향 힘 (axial force)과 다양한 측방 모멘트 (bending moments)를 일으키는데 이러한 응력의 적절한 분산이 치료의 성공에 큰 영향을 미치게 한다. 이번 연구의 목적은 하악 구치부가 부분 무치악일 때 외측연결 방식과 내측연결 방식의 임플랜트로 수복함에 있어 상부 보철물의 연결 (splinting)이 임플랜트와 주위 골로의 응력분산에 미치는 영향을 삼차원 유한요소 분석을 통해 비교해보고자 하였다. 연구재료 및 방법: 외측연결 방식과 내측연결 방식의 대표적인 2종의 임플랜트를 선정하였고 각각 8.5mm와 13mm 길이에 대하여 실험하였다. 임플랜트는 외측연결 방식을 대표하는 브레네막 시스템을, 내부연결 방식을 대표하는 ITI 임플랜트를 연구재료로 선택하였다. 각각의 임플랜트는 구치부에서 골양이 허용되는 한 추천되는 넓은 직경 (wide diameter)의 임플랜트 (4.8-5.3mm)를 이용하였다. 이러한 4종류의 임플랜트 모형에서 제1대구치와 제2대구치 금관의 연결 여부에 따라 총 8개의 실험 군으로 분류하였다. 하중은 수직하중 및 수평하중을 각각 100N씩 하악 제1대구치 임플랜트 보철부위 (금관부)에 가하였고 금관의 연결여부에 따라 임플랜트와 주위골에 응력이 분산되는 양상을 관찰하였다. 삼차원 유한요소분석을 위한 하악골모형 제작에는 Hypermesh (Altair Engineering Inc., Troy, MI, USA)를 사용하였고 응력해석을 위해서는 PAM-CRASH 2G version 2005 (ESI, France), 포스트프로세싱을 위해서는 PAM-VIEW version 2005 (ESI, France)을 이용하였다. 여러 응력값 중에서 대표적인 등가응력 (von Mises stress)을 이용하여서 응력분포를 비교분석하였다. 연구결과: 내부연결방식과 외부연결방식 모두 상부의 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전해지는 응력값이 감소하였다. 그리고 응력값이 감소하는 정도는 외부연결방식에서 더 크게 나타났다. 하지만 두 방식 모두 금관연결에 따른 응력 감소 효과는 임플랜트 길이 증가에 의해 영향 받지는 않았다. 이번 실험에서 상부 보철물이 연결되지 않은 상태에서 제1대구치 부위에 수직방향 또는 수평방향의 하중을 가했을 때 외부연결방식에서 더 많은 양의 응력이 주변 피질골의 상부 좁은 부위로 전달되었다. 하지만 상부 보철물을 연결한 상태에서 하중을 가한 경우에는 외부연결방식에서 하중 측인 제1대구치 부위에서 나타나던 상부 피질골에서의 응력 집중이 많이 감소한 것을 보여주었다. 또 한 비하중 측인 제 2대구치 부위에서의 응력분산도 외부연결방식에서 더 많은 것으로 나타났다. 이에 비해 내부연결방식에서는 하중 측인 제 1대구치 부위에서 지대주 나사를 따라 높게 나타나던 응력값의 중등도 감소 효과를 나타내었고 연결된 제2대구치 부위로의 응력분산 효과도 작았다. 결론: 하악 구치부가 결손한 하악골에 내부연결방식과 외부연결방식을 대표하는 두 가지 종류의 임플랜트를 선택하여 상부 금관의 연결이 임플랜트와 주위 골의 응력 분산에 미치는 영향에 대하여 삼차원 유한요소분석을 하였다. 이러한 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 8.5mm와 13mm에 대해서 응력 분포는 거의 동일하게 나타나고, von Mises stress 최대값 또한 거의 유사하였다. 2. 수직하중에서는 근심측에서 응력이 집중되었고 수평하중에서는 근, 원심측이 비슷한 크기의 응력을 보였다. 3. 내부연결방식에서는 지대주 나사의 벽면을 따라서 응력이 분산되는 양상을 보였으나 외부연결방식에서는 지대주에 눌리는 임플랜트 상부 부위에 응력이 집중되었다. 4. 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전달되는 응력 값은 두 방식 모두 감소하는 모습을 보였으나 응력 값이 감소하는 정도는 내부연결방식에 비해 외부연결방식에서 더 크게 나타났다.