임플란트-지대주 체결 시스템에 따른 토크의 실시간 에너지 생역학 분석 = Real-Time Biomechanical Analysis of Energy Generated by Torque According to the Implant-Abutment Connection Systems|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose
The purpose of this study was to measure the rotation angle, torque, and preload during the tightening and loosening of the external and internal connection implant abutment screws, and to analyze the biomechanics of the procedures by comparing the coefficient of friction and energy. In addition, the influences of artificial saliva contamination and 50 ㎛ Al2O3 sandblasting on the screw threads were evaluated to validate the biomechanics.

Materials and methods
Two types of implant-abutment complexes were used in the study: 30 external connection implants and 30 internal connection implants (4.5 mm in diameter, 10.0 mm in length, US III; TS III, Osstem, Seoul, Korea), 30 abutments for each connection type (5.0 mm in diameter, 5.5 mm in height, 3.0 mm in gingival height, Cement abutment; Transfer abutment, Osstem), and 30 abutment screws (Ti screw, Osstem) compatible with each connection type. The tightening and loosening of the abutment screws for both external and internal connection types were automated using custom-made equipment (Implant Screw Analyser-II, IB Systems, Seoul, Korea), which measured the rotation angle, torque, and preload over time (Ext/Int group; Ext: External, Int: Internal, n=20). Each specimen underwent three repeated cycles. The coefficient of friction during tightening and loosening were calculated using the measured torque and preload, along with the effective diameter and thread pitch of the abutment screw, while the tightening and loosening energies were calculated from the torque and rotation angle. For the screws with artificial saliva [distilled water (Daihan Pharmaceutical, Seoul, Korea), glycerine (Duksan Pure Chemicals, Ansan, Korea), carboxymethyl cellulose (CMC Na, Duksan Pure Chemicals) were mixed in a 1:1:1 ratio] applied on the threads (Ext-AS/Int-AS group; AS: Artificial saliva contamination, n=20) and for those treated with 50 ㎛ Al2O3 sandblasting on the threads (Ext-SB/Int-SB group; SB: 50 ㎛ Al2O3 sandblasting, n=20), the same measurements of rotation angle, torque, and preload were conducted with three repeated cycles, and the coefficient of friction and energy were subsequently calculated in the same manner as for the Ext/Int group. The abutment screws in the Ext/Int groups, as well as in the Ext-SB/Int-SB groups were observed using scanning electron microscope (Apreo S, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) to evaluate surface changes of the threads.

Results
The removal torque value (RTV) in the Ext group showed a mean value of 20.5 Ncm, while the Int group showed a higher mean value of 23.2 Ncm (p<0.05). The Ext-AS group exhibited a lower RTV than the Ext group (p<0.05). All the Int, Int-AS, and Int-SB groups showed higher RTVs in the first tightening/loosening cycle (1st cycle) than those in the 3rd cycle (p<0.05, respectively).
The axial preload in the Ext group showed a mean value of 338.0 N, while the Int group showed a higher mean value of 394.3 N (p<0.05). The Int-AS group exhibited a higher preload value than the Int group (p<0.05).
The mean coefficient of friction during tightening was 0.882 in the Ext group and 0.748 in the Int group, with the Ext group showing a higher value (p<0.05). The Int-AS group showed a lower coefficient of friction during tightening than the Int group (p<0.05). The mean coefficient of friction during loosening was 0.810 in the Ext group and 0.783 in the Int group, with no significant difference between the connection types.
The overall coefficient of friction during tightening was higher in the external connection type (p<0.05). However, the coefficient of friction decreased by 9.7% in the external connection type (p<0.05), whereas it increased by 6.0% in the internal connection type (p<0.05) compared to the tightening, resulting in no difference in the coefficient of friction during loosening between the connection types.
The mean tightening energy was 0.313 J in the Ext group and 0.286 J in the Int group, with the Ext group showing a higher value (p<0.05). The Ext-AS group exhibited a lower tightening energy than the Ext group (p<0.05). The mean loosening energy was 0.112 J in the Ext group and 0.137 J in the Int group, with the Int group showing a higher value (p<0.05). The Ext-SB group exhibited a lower loosening energy than the Ext group (p<0.05). All the Ext, Ext-AS, Ext-SB groups showed higher loosening energies in the 2nd and 3rd cycles than those in the 1st cycle (p<0.05, respectively).
Although the overall tightening energy was higher in the external connection type (p<0.05), the energy decreased more substantially in the external connection type than in the internal connection type (by -66.8% and -50.2%; p<0.05, respectively) compared to the tightening, resulting in a higher loosening energy in the internal connection type (p<0.05).
On the SEM images, flattened areas were observed on the upper slope of the threads after 3 cycles of tightening and loosening. In addition, the screws treated with 50 ㎛ Al₂O₃ sandblasting exhibited a rougher surface compared to the new screws. Pearson’s correlation analysis revealed that the loosening energy showed a strong positive correlation with the RTV and the preload (r=0.695 and 0.850; p<0.05, respectively).

Conclusion
Based on the results of this study, the internal connection type (Int group) showed higher RTV, preload, and loosening energy with no significant difference in the coefficient of friction during loosening compared to the external connection type (Ext group). The loosening energy showed a strong positive correlation with the RTV. The loosening energy was markedly reduced compared to the tightening energy, with a greater percentage decrease in the external connection type. Artificial saliva contamination and 50 ㎛ Al2O3 sandblasting reduced the RTV and loosening energy for the external connection type, respectively, but they had no significant effects on the RTV and loosening energy of the internal connection type.

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국문 초록 (Abstract)

목 적
본 연구의 목적은 외부연결형과 내부연결형 임플란트 지대주 나사의 조임과 풀림 시 나사의 회전각, 토크, 전하중을 측정하고, 마찰 계수와 에너지를 비교하여 조임 과정과 풀림 시의 생역학을 분석하는 것이었다. 또한, 나사산의 인공 타액 오염과 50 ㎛ Al2O3 샌드블라스팅에 따른 변화를 평가하여 생역학을 재확인하고자 하였다.

방 법
본 연구에서 사용된 임플란트-지대주 복합체는 외부/내부연결형 두 가지의 임플란트(직경 4.5 mm, 길이 10.0 mm, US III; TS III, Osstem, Seoul, Korea) 각 30개, 지대주(직경 5.0 mm, 높이 5.5 mm, 치은 높이 3.0 mm, Cement abutment; Transfer abutment, Osstem) 각 30개, 연결 구조에 맞는 지대주 나사(Ti screw, Osstem) 각 30개였다. 맞춤형 제작 장치(Implant Screw Analyser-II, IB Systems, Seoul, Korea)를 이용하여 외부/내부연결형 임플란트 지대주 나사의 조임과 풀림 과정을 자동화하여 시간에 따른 회전각, 토크, 전하중을 측정하였고(Ext/Int group; Ext: External, Int: Internal, n=20), 한 시편에 대해 3회 반복하였다. 측정된 토크와 전하중, 그리고 지대주 나사의 유효 지름과 피치를 이용하여 조임과 풀림 시 마찰 계수를, 토크와 회전각을 이용하여 조임과 풀림 시 에너지를 계산하였다. 지대주 나사의 나사산에 인공 타액[증류수(Distilled water, Daihan Pharmaceutical, Seoul, Korea), 글리세린(Glycerine, Duksan Pure Chemicals, Ansan, Korea), carboxymethyl cellulose (CMC Na, Duksan Pure Chemicals, Ansan, Korea)를 1:1:1 비율로 혼합]을 묻힌 군(Ext-AS/Int-AS group; AS: Artificial saliva contamination, n=20)과 나사산에 50 ㎛ Al2O3 샌드블라스팅한 군(Ext-SB/Int-SB group; SB: 50 ㎛ Al2O3 sandblasting, n=20)에 대해서도 Ext/Int 군과 같은 방법으로 3회 반복하여 회전각, 토크, 전하중을 측정한 후, 마찰 계수와 에너지를 계산하였다. Ext/Int 군과 Ext-SB/Int-SB 군의 지대주 나사는 주사전자현미경(Apreo S, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)으로 나사산의 표면 변화를 관찰하였다.

결 과
풀림 토크(removal torque value, RTV)는 Ext 군의 경우 평균 20.5 Ncm의 값을 보였고, Int 군은 평균 23.2 Ncm의 값을 보여 Ext 군보다 높았다(p<0.05). Ext-AS 군이 Ext 군보다 낮은 RTV 값을 보였고(p<0.05), Int, Int-AS, Int-SB 군 모두 나사를 처음 조이고 푼 경우(1st cycle)에서 3번째 조이고 푼 경우(3rd cycle)보다 높은 RTV 값을 보였다(각각 p<0.05).
수직 전하중은 Ext 군의 경우 평균 338.0 N의 값을 보였고, Int 군은 평균 394.3 N의 값을 보여 Ext 군보다 높았다(p<0.05). Int-AS 군은 Int 군보다 높은 전하중 값을 보였다(p<0.05).
조임 마찰 계수는 Ext/Int 군 각각 평균 0.882, 0.748의 값을 보였고, Ext 군이 더 높았다(p<0.05). Int-AS 군은 Int 군보다 낮은 조임 마찰 계수 값을 보였다(p<0.05). 풀림 마찰 계수는 Ext/Int 군 각각 평균 0.810, 0.783의 값을 보였고, 연결 구조 간 차이가 없었다.
전체적인 조임 마찰 계수는 외부연결형이 더 높았으나(p<0.05), 풀림 마찰 계수는 외부연결형의 경우 조임 시보다 9.7% 감소(p<0.05)했고, 내부연결형은 6.0% 증가(p<0.05)하여 두 연결 구조 사이에 차이가 없어졌다.
조임 에너지는 Ext/Int 군 각각 평균 0.313 J, 0.286 J의 값을 보였고, Ext 군이 더 높았다(p<0.05). Ext-AS 군이 Ext 군보다 낮은 조임 에너지 값을 보였다(p<0.05). 풀림 에너지는 Ext/Int 군 각각 평균 0.112 J, 0.137 J의 값을 보였고, Int 군이 더 높았다(p<0.05). Ext-SB 군이 Ext 군보다 낮은 풀림 에너지 값을 보였고(p<0.05), Ext, Ext-AS, Ext-SB 군 모두 나사를 반복해서 조이고 푼 경우(2nd, 3rd cycle)에서 처음 조이고 푼 경우(1st cycle)보다 높은 풀림 에너지 값을 보였다(각각 p<0.05).
전체적인 조임 에너지는 외부연결형이 더 높았으나(p<0.05), 풀림 에너지는 조임 시에 비해 외부연결형이 내부연결형보다 더 크게 감소(각각 -66.8%, -50.2%; p<0.05)하여 내부연결형이 더 높아졌다(p<0.05).
SEM 관찰 결과, 3회의 조임과 풀림 과정 후 나사산의 상부 경사에서 평탄화된 흔적이 관찰되었고, 50 ㎛ Al2O3 샌드블라스팅한 나사는 새 나사보다 거친 표면이 관찰되었다. Pearson’s correlation analysis 결과, 풀림 에너지는 RTV 및 전하중과 강한 양의 상관관계를 보였다(각각 r=0.695, 0.850; p<0.05).

결 론
본 연구 결과 내부연결형(Int 군)이 외부연결형(Ext 군)에 비해 풀림 마찰 계수의 유의한 차이 없이 높은 RTV와 전하중, 풀림 에너지 값을 보였다. 풀림 에너지는 RTV와 강한 양의 상관관계를 보였다. 풀림 에너지는 조임 에너지보다 현저하게 감소한 값을 보였고, 외부연결형에서 더 큰 비율로 감소했다. 인공 타액 오염과 50 ㎛ Al2O3 샌드블라스팅은 각각 외부연결형의 RTV와 풀림 에너지를 감소시켰으나, 내부연결형의 RTV와 풀림 에너지에는 유의한 영향이 없었다.

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목 적 본 연구의 목적은 외부연결형과 내부연결형 임플란트 지대주 나사의 조임과 풀림 시 나사의 회전각, 토크, 전하중을 측정하고, 마찰 계수와 에너지를 비교하여 조임 과정과 풀림 시의 ...