정상 및 미백 치아에서 EMS A-type 초음파 스케일러 적용 각도에 따른 소음도 및 법랑질 손상 평가 = Evaluation of Acoustic Noise Level and Enamel Damage According to Application Angle of EMS A-type Ultrasonic Scaler on Sound and Bleached Teeth

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objective: This study aimed to evaluate the effect of working angles on enamel damage and noise levels generated during piezoelectric ultrasonic scaling using an EMS A-type scaler insert tip. By applying the scaler tip at five clinically relevant angles—0°, 45°, Point, Face, and Back—on sound and bleached enamel surfaces, the study sought to determine the differences in outcomes by condition and to identify potential correlations between noise exposure and enamel damage.
Material & Method: Fifty-eight extracted sound bovine teeth were sectioned into 7 × 5 mm enamel blocks, embedded in acrylic resin with the enamel surface exposed, and sequentially polished. Samples were randomly allocated to the sound group (n = 29) and the bleached group (n = 29). Bleaching was performed using a commercial in-office bleaching agent, applied according to manufacturer instructions with three 10-minute light-activated cycles; the agent showed a mean pH of 3.91. After bleaching, specimens were stored at 4°C in sterile distilled water without direct enamel contact to prevent demineralization.
Ultrasonic scaling was performed using a piezoelectric unit equipped with an EMS A-type insert tip at the five predefined working angles. Noise levels were recorded using a sound level meter, and enamel damage—depth, surface area, and volume—was quantified using a 3D laser confocal microscope (LEXT OLS5100, Evident Corporation, Tokyo, Japan). Differences in Vickers hardness before and after bleaching were analyzed using an independent t-test. Between-angle comparisons of noise and damage were evaluated using the Kruskal–Wallis test with Dunn–Bonferroni post-hoc analysis. Non-parametric correlations and damage indices were assessed using Spearman correlation analysis.
Results: Face and Back angles showed relatively low noise levels in both sound and bleached enamel, whereas the Point angle produced the highest peak noise under most conditions. In bleached enamel, however, the equivalent continuous sound level (Leq) was highest at the 0° angle. In the enamel damage analysis, Back demonstrated the lowest values across depth, surface area, and volume. The 0° angle showed higher values than Back but still belonged to the relatively low-damage category among all angles. Face exhibited the greatest values observed in bleached enamel. In addition, the Point angle showed a unique pattern in which the damage values of sound enamel were slightly higher than those of bleached enamel across all three indicators. Three-dimensional laser confocal microscopy also revealed that the most pronounced and extensive defects occurred at the Point angle in sound enamel and at the Face angle in bleached enamel, whereas the 45°, Point, and Face angles produced deeper and broader defects than the 0° and Back angles. Correlation analysis showed a moderate positive relationship between noise and damage in sound enamel and a weaker relationship in bleached enamel, indicating that the association between the two variables may vary depending on enamel condition.
Conclusion: This study demonstrated that the working angle of a piezoelectric ultrasonic scaler significantly influences both noise characteristics and enamel damage patterns. Although the Back angle consistently showed the lowest damage values across depth, surface area, and volume under experimental conditions, its limited applicability in actual clinical procedures restricts its practical use. In contrast, the 0° angle exhibited slightly higher damage than Back but still belonged to the low-damage category overall and offers substantial clinical practicality, suggesting that it may serve as the most feasible and safe working angle in real clinical settings. Face and Point, however, produced higher levels of enamel loss depending on the conditions, with these effects being particularly pronounced in bleached enamel or when localized mechanical loading occurred. These findings underscore the importance of selecting appropriate working angles to minimize both noise exposure and enamel damage during ultrasonic scaling. The results provide valuable evidence to support safer clinical decision-making and may contribute to the development of refined clinical guidelines and educational programs for ultrasonic scaling.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 정상 치아와 미백 치아를 대상으로 EMS 사의 A type tip(EMS scaler insert A type tip, EMS, Nyon, Switzerland)을 장착한 압전 방식 초음파 스케일러를 다양한 각도로 적용하였을 때 작업 각도에 따른 법랑질 손상 정도와 소음 변화를 분석하고, 두 변수 간의 관련성을 규명하고자 하였다. 실험에서는 실제 임상 상황을 반영하여 0°, 45°, 팁의 끝(Point), 팁의 내면(Face), 팁의 배면(Back)의 다섯 가지 작업 각도를 설정하였다.
먼저 우식이나 손상이 없는 우치를 선별한 후 7 x 5 mm 크기로 절단하여 법랑질의 순면이 위로 가도록 아크릴릭 레진에 매몰하고 순차적으로 연마하여 치아 시편을 준비하였다. 총 58개의 시편은 무작위 배정을 통해 정상군(n = 29)와 미백군(n = 29)으로 분류하였다. 정상군은 아무 처리도 하지 않은 시편으로 구성하였으며, 미백군은 상업용 미백제를 제조사의 지침에 따라 10분씩 3회 반복 광조사를 적용하여 미백 처리하였다. 사용된 미백제의 pH 측정값의 평균은 3.91로 확인되었다. 미백 처리 후 모든 시편은 4℃의 멸균 증류수에 보관하였으며, 법랑질의 탈회를 방지하기 위해 시편 치면이 증류수에 직접 접촉되지 않도록 하여 습윤한 상태를 유지하였다. 그 후 초음파 스케일링시 발생하는 소음은 소음계를 이용해 측정하여 치면 상태와 작업 각도에 따른 차이를 비교하였으며, 이후 3차원 레이저 공초점 현미경을 활용하여 법랑질 손상 정도의 깊이·표면적·체적을 구하였다. 미백 전후의 법랑질 경도 변화는 독립표본 t-검정을 통해 비교하였으며, 각도별 소음도와 손상도는 Kruskal-Wallis 검정과 Dunn-Bonferroni 사후분석으로 유의성을 평가하였다. 또한 비모수 효과크기(η²[H])를 산출하여 차이의 크기를 제시하였고, 소음도와 손상도 간의 관련성은 Spearman 상관분석을 통해 검정하였다.
그 결과, 건전 치면과 미백 치면 모두에서 Face와 Back의 각도는 비교적 낮은 소음 수준을 보였으며, 반대로 Point 각도에서는 대부분의 조건에서 가장 높은 최대 소음이 관찰되었다. 다만, 미백 치면에서는 등가소음도(Leq)가 0°에서 가장 크게 나타났다. 법랑질 손상 분석에서는 Back은 깊이·표면적·체적 전 지표에서 가장 낮은 손상도를 보였으며, 0°는 세 Back보다는 높은 값을 보였으나 전체 각도 중에서는 비교적 낮은 손상 범주에 속하여 임상에서 주로 사용되는 각도로서 손상 위험이 상대적으로 낮은 것으로 해석되었다. Face는 상대적으로 낮은 소음에도 불구하고 높은 손상도를 나타냈으며, 특히 미백 치면에서 그 경향이 더욱 두드러졌다. 또한 Point 각도에서는 세 지표 모두에서 건전 치면의 손상도가 미백 치면보다 다소 높게 나타나는 특이한 양상이 확인되었다. 3차원 레이저 공초점 현미경 분석에서도 건전 치면에서는 Point에서, 미백 치면에서는 Face에서 가장 뚜렷하고 광범위한 결손이 관찰되었으며, 45°·Point·Face 각도는 0°·Back 각도에 비해 더 깊고 넓은 손상 양상을 보였다. 소음도와 손상도의 상관성 분석 결과, 건전 치면에서 중등도의 양의 상관관계가, 미백 치면에서는 상대적으로 약한 상관관계가 나타나 두 변수 간의 연관성이 치면 상태에 따라 달라질 수 있음을 보여주었다. 본 연구는 이러한 결과를 바탕으로 실제 임상에서 초음파 스케일링 시 치과위생사가 각도 선택을 적절히 조절함으로써 소음과 치면 손상을 최소화할 수 있는 임상적 근거를 제시하였으며, 나아가 안전한 초음파 스케일링 교육 및 가이드라인 개발에 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 목적 4
• Ⅱ. 이론 5
• 1. 초음파 스케일러의 기초 이론 5
• 1.1. 초음파 스케일러의 원리 7
• 1.1.1. 자기변형(Magnetostriction) 원리와 자기변형방식 스케일러의 특징 7
• 1.1.2. 압전(Piezoelectric) 원리와 압전식 스케일러의 특징 9
• 2. 미백 이론 11
• 2.1. 전문가 미백(In-Office Bleaching, IOB) 12
• 2.2. 자가 미백(At-Home Bleaching, AHB) 13
• 3. 소음 이론 15
• 3.1. 소음(Noise)의 정의 15
• 3.2. 소음의 물리적 성질 16
• 3.2.1. 주파수(Frequency) 16
• 3.2.2. 음압(Sound Pressure) 17
• 3.2.3. 음압 레벨(Sound Pressure Level, SPL) 18
• 3.3. 소음의 평가 지표와 단위 19
• 3.3.1. 시간적 특성 19
• 3.3.1.1. 등가소음도(Equivalent Continuous Sound Pressure Level, Leq) 19
• 3.3.1.2. 최고소음도(Peak Sound Pressure Level, Lpeak) 19
• 3.3.2. 주파수 가중치(Frequency Weighting) 20
• 3.3.2.1. A-가중치(A-weighting) 20
• 3.3.2.2. C-가중치(C-weighting) 20
• 3.3.2.3. Z-가중치(Z-weighting) 20
• 3.3.3. C–A 차이값(Difference between LCeq and LAeq) 21
• 3.4. 옥타브 분석 22
• 3.4.1. 1/1 옥타브 밴드(1/1-Octave-Band) 22
• 3.4.2. 1/3 옥타브 밴드(1/3-Octave-Band) 22
• Ⅲ. 연구재료 및 방법 23
• 1. 연구 재료 24
• 1.1. 표본 크기 산출 24
• 1.2. 치아 시편 준비 24
• 1.3. 시편 매몰 및 표면 처리 25
• 1.4. 군 분류 및 처리 과정 26
• 1.5. 경도 측정 27
• 2. 스케일링 절차 28
• 2.1. 초음파 스케일러 장비 및 팁 사양 28
• 2.2. 초음파 스케일러 팁 Micro-CT 이미지 29
• 2.3. 스케일링 적용 조건 30
• 3. 소음 측정 32
• 3.1. 측정 장비 및 설정 32
• 3.2. 측정 위치 및 환경 조건 32
• 4. 치아 표면의 손상도 측정 33
• 4.1. 측정 장비 및 설정 33
• 5. 통계 방법 34
• Ⅳ. 연구 결과 35
• 1. 미백제 pH 측정 결과 35
• 1.1. 미백제 pH 값의 평균 및 표준편차 35
• 2. 시편 경도 측정 결과 36
• 2.1. 건전 치면과 미백 치면 간의 경도 비교 36
• 2.2. 동일 시편에서 미백 전후의 경도 비교 37
• 3. 정밀 소음 측정 결과 38
• 3.1. 건전 치면에서의 A 특성의 등가 소음도(A-weighted equivalent level, LAeq) 평균값 38
• 3.2. 미백 치면에서의 A 특성의 등가 소음도(A-weighted equivalent level, LAeq) 평균값 40
• 3.3. 건전 치면과 미백 치면에서의 LAeq (dB) 평균값 비교 42
• 3.4. 건전 치면에서의 A 특성의 최고 소음도(A-weighted peak of sound pressure Level, LApeak) 평균값 45
• 3.5. 미백 치면에서의 A 특성의 최고 소음도(A-weighted peak of sound pressure Level, LApeak) 평균값 47
• 3.6. 건전 치면과 미백 치면에서의 LApeak (dB) 평균값 비교 49
• 3.7. 건전 치면에서의 C 특성의 등가 소음도(C-weighted equivalent level, LCeq) 평균값 52
• 3.8. 미백 치면에서의 C 특성의 등가 소음도(C-weighted equivalent level, LCeq) 평균값 54
• 3.9. 건전 치면과 미백 치면에서의 LCeq (dB) 평균값 비교 56
• 3.10. 건전 치면에서의 C 특성의 최고 소음도(C-weighted peak of sound pressure Level, LCpeak) 평균값 59
• 3.11. 미백 치면에서의 C 특성의 최고 소음도(C-weighted peak of sound pressure Level, LCpeak) 평균값 61
• 3.12. 건전 치면과 미백 치면에서의 LCpeak (dB) 평균값 비교 63
• 3.13. 건전 치면에서의 Z 특성의 등가 소음도(Z-weighted equivalent level, LZeq) 평균값 66
• 3.14. 미백 치면에서의 Z 특성의 등가 소음도(Z-weighted equivalent level, LZeq) 평균값 68
• 3.15. 건전 치면과 미백 치면에서의 LZeq (dB) 평균값 비교 70
• 3.16. 건전 치면에서의 Z 특성의 최고 소음도(Z-weighted peak of sound pressure Level, LZpeak) 평균값 73
• 3.17. 미백 치면에서의 Z 특성의 최고 소음도(Z-weighted peak of sound pressure Level, LZpeak) 평균값 75
• 3.18. 건전 치면과 미백 치면에서의 LZpeak (dB) 평균값 비교 77
• 3.19. 건전 치면에서의 C–A 차이값의 평균값(Difference between C-weighted and A-weighted sound Level, C–A) 80
• 3.20. 미백 치면에서의 C–A 차이값의 평균값(Difference between C-weighted and A-weighted sound Level, C–A) 82
• 3.21. 건전 치면과 미백 치면에서의 C–A 차이값의 평균값 비교 84
• 3.22. 건전 치면에서의 1/3-Octave-Band 평균값 비교 87
• 3.23. 미백 치면에서의 1/3-Octave-Band 평균값 비교 92
• 3.24. 건전 치면과 미백 치면의 1/3-Octave-Band 음압 수준 히트맵 97
• 4. 치아 표면의 손상도 측정 결과 99
• 4.1. 건전 치면에서의 손상 깊이의 평균값 99
• 4.2. 미백 치면에서의 손상 깊이의 평균값 101
• 4.3. 건전 치면과 미백 치면에서의 손상 깊이의 평균값 비교 103
• 4.4. 건전 치면에서의 손상 표면적의 평균값 106
• 4.5. 미백 치면에서의 손상 표면적의 평균값 108
• 4.6. 건전 치면과 미백 치면에서의 손상 표면적의 평균값 비교 110
• 4.7. 건전 치면에서의 손상 체적의 평균값 113
• 4.8. 미백 치면에서의 손상 체적의 평균값 115
• 4.9. 건전 치면과 미백 치면에서의 손상 체적의 평균값 비교 117
• 5. 치아 표면의 미세구조 관찰 결과 120
• 5.1. 건전 치면에서의 3차원 레이저 공초점 현미경을 이용한 표면 형상 관찰 결과 121
• 5.2. 건전 치면에서의 3차원 레이저 공초점 현미경을 이용한 단면 프로파일 관찰 결과 123
• 5.3. 미백 치면에서의 3차원 레이저 공초점 현미경을 이용한 표면 형상 관찰 결과 125
• 5.4. 미백 치면에서의 3차원 레이저 공초점 현미경을 이용한 단면 프로파일 관찰 결과 127
• 6. 소음과 법랑질 손상도 간의 상관성 129
• 6.1. 건전 치면에서 PUS 사용 시 발생한 소음과 법랑질 손상도 간의 상관성 129
• 6.2. 미백 치면에서 PUS 사용 시 발생한 소음과 법랑질 손상도 간의 상관성 131
• 6.3. 건전 치면과 미백 치면의 소음도-법랑질 손상 간 산점도 비교 133
• 6.3.1. 소음 지표(LAeq·LApeak)와 법랑질 손상 깊이(Depth) 간 산점도 비교 133
• 6.3.2. 소음 지표(LCeq·LCpeak)와 법랑질 손상 깊이(Depth) 간 산점도 비교 134
• 6.3.3. 소음 지표(LZeq·LZpeak)와 법랑질 손상 깊이(Depth) 간 산점도 비교 135
• 6.3.4. 소음 지표(LAeq·LApeak)와 법랑질 손상 표면적(Surface area) 간 산점도 비교 136
• 6.3.5. 소음 지표(LCeq·LCpeak)와 법랑질 손상 표면적(Surface area) 간 산점도 비교 137
• 6.3.6. 소음 지표(LZeq·LZpeak)와 법랑질 손상 표면적(Surface area) 간 산점도 비교 138
• 6.3.7. 소음 지표(LAeq·LApeak)와 법랑질 손상 체적(Volume) 간 산점도 비교 139
• 6.3.8. 소음 지표(LCeq·LCpeak)와 법랑질 손상 체적(Volume) 간 산점도 비교 140
• 6.3.9. 소음 지표(LZeq·LZpeak)와 법랑질 손상 체적(Volume) 간 산점도 비교 141
• 6.3.10. 소음 지표(C–A)와 법랑질 손상(Depth·Surface area·Volume) 간 산점도 비교 143
• 6.4. 소음도와 법랑질 손상도 간의 상관관계를 나타낸 히트맵 145
• Ⅴ. 고찰 147
• Ⅵ. 결론 157
• 참고문헌 159
• ABSTRACT 168