압전식 초음파 스케일러의 작업 각도에 따른 음향 특성과 상아질 손상의 상관성 : 제조사별 비교 = Correlation between Acoustic Characteristics and Dentin Damage by Working Angle of Piezoelectric Ultrasonic Scalers: A Manufacturer Comparison

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 임상에서 널리 사용되는 압전식 초음파 스케일러의 사용 시, 제조사별 팁의 작업 각도 변화가 소음 발생 및 상아질 손상에 미치는 영향을 분석하고, 소음 지표와 상아질 손상 정도 간의 상관성을 규명하고자 하였다. 이를 통해 상아질 손상을 최소화할 수 있는 적정 작업 각도를 모색하고, 청각적 정보를 임상 보조 지표로 활용할 수 있는 가능성을 검증하였다.
실험을 위해 교정 목적으로 발거된 인간 소구치 108개를 치근부 시편으로 제작하여 EMS, Dmetec, Woodpecker 3개 제조사 군으로 무작위 배정하였다. 각 제조사의 스케일러 팁을 0°, 45°, 90°, -90°의 4가지 작업 각도로 적용하였으며, 이때 발생하는 소음(LAeq, LApeak, LZeq, LZpeak, 1:3 Octave-band, HF ratio, Spectral centroid)을 정밀 소음계로 측정하였다. 시편의 상아질 손상 정도는 3차원 레이저 공초점 현미경을 이용하여 손상 체적(µm³)으로 계측하였고, micro-CT를 이용해 스케일러 팁의 곡률을 분석하였다.
연구 결과, 세 제조사 모두에서 작업 각도에 따라 소음 지표와 상아질 손상 체적에 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<0.001). EMS 군은 0°와 45°에서 소음과 상아질 손상이 가장 컸으며, 소음과 손상 간에 강한 양의 상관관계를 보였다. 반면, Dmetec 군은 90°에서 소음이 가장 높게 측정되었으나 손상 체적은 가장 낮았고, 45°에서 가장 큰 손상을 보여 소음과 손상 간에 음의 상관관계를 나타냈다. Woodpecker 군은 45°에서 높은 소음과 손상을 보였으며, 중등도의 양의 상관관계를 나타냈다. 주파수 분석 결과에서도 각도 변화에 따라 고주파수 대역의 에너지 분포가 달라짐을 확인하였다.
결론적으로 압전식 초음파 스케일러는 제조사의 팁 디자인과 특성에 따라 작업 각도가 소음 및 치아 손상에 미치는 영향이 상이하였다. 따라서 임상가들은 제조사별 특성을 고려하여 제조사가 권장하는 적정 작업 각도를 준수해야 하며, 시술 중 발생하는 소음의 변화를 감지하여 의도치 않은 치아 손상을 예방하는 보조적인 수단으로 활용할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objective: The purpose of this study was to analyze the effects of working angle changes on noise generation and dentin damage for different manufacturers of piezoelectric ultrasonic scalers, which are widely used in clinical practice, and to investigate the correlation between noise metrics and the degree of dentin damage. Through this, the study aimed to identify optimal working angles to minimize dentin damage and verify the feasibility of using auditory information as a clinical auxiliary indicator.
Materials and Methods: For the experiment, 108 human premolars extracted for orthodontic purposes were prepared as root specimens and randomly assigned to three manufacturer groups: EMS, Dmetec, and Woodpecker. Scaler tips from each manufacturer were applied at four working angles (0°, 45°, 90°, and −90°). During the procedure, noise was measured using a precision sound level meter to record LAeq, LApeak, LZeq, LZpeak, 1:3 octave-band levels, high-frequency ratio, and Spectral centroid. The degree of dentin damage was assessed by measuring the defect volume (µm³) using a 3D laser confocal microscope, and the curvature of the scaler tips was analyzed using micro-CT.
Results: The results showed statistically significant differences in noise metrics and dentin damage volume according to the working angle for all three manufacturers (p< 0.001). The EMS group exhibited the highest noise and dentin damage at 0° and 45°, showing a strong positive correlation between noise and damage. In contrast, the Dmetec group recorded the highest noise level at 90° but the lowest damage volume, while showing the greatest damage at 45°, indicating a negative correlation between noise and damage. The Woodpecker group showed high noise and damage at 45°, demonstrating a moderate positive correlation. Frequency analysis also confirmed that the energy distribution in the high-frequency range varied according to the angle.
Conclusion: In conclusion, the impact of working angle on noise and tooth damage in piezoelectric ultrasonic scalers varied depending on the manufacturer's tip design and characteristics. Therefore, clinicians should adhere to the optimal working angles recommended by each manufacturer based on their specific characteristics. Furthermore, detecting changes in noise generated during procedures can be utilized as an auxiliary means to prevent unintended dentin damage.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 7
• Ⅱ. 연구재료 및 방법 9
• 2.1 치아 시편 제작 10
• 2.2 치아 시편 경도 측정 11
• 2.3 Scaler tip의 적용 11
• 2.4 소음 측정 12
• 2.4.1 A-가중 등가소음도(LAeq) 13
• 2.4.2 A-가중 최대소음도(LApeak) 13
• 2.4.3 Z-가중 등가소음도(LZeq) 13
• 2.4.4 Z-가중 최대소음도(LZpeak) 14
• 2.4.5 1:3 Octave-band 14
• 2.4.6 High-frequency ratio (HF ratio) 14
• 2.4.7 Spectral centroid 15
• 2.5 상아질 손상 측정 15
• 2.6 스케일러 팁의 곡률 분석 16
• 2.7 통계 분석 18
• Ⅲ. 결 과 19
• 3.1 시편 경도 측정값 19
• 3.2 소음 측정 값 20
• 3.2.1EMS 군의 각도에 따른 LAeq 및 LApeak 측정값 20
• 3.2.2 EMS 군의 각도에 따른 LZeq 및 LZpeak 측정값 24
• 3.2.3 Dmetec 군의 각도에 따른 LAeq 및 LApeak 측정값 28
• 3.2.4 Dmetec 군의 각도에 따른 LZeq 및 LZpeak 측정값 32
• 3.2.5 Woodpecker 군의 각도에 따른 LAeq 및 LApeak 측정값 36
• 3.2.6 Woodpecker 군의 각도에 따른 LZeq 및 LZpeak 측정값 40
• 3.2.7 동일한 각도에서의 제조사에 따른 LAeq 측정값 44
• 3.2.8 동일한 각도에서의 제조사에 따른 LZeq 측정값 50
• 3.2.9 동일한 각도에서의 제조사에 따른 LApeak 측정값 56
• 3.2.10 동일한 각도에서의 제조사에 따른 LZpeak 측정값 62
• 3.3 1:3 Octave-band 측정값 68
• 3.3.1 0°에서 제조사에 따른 1:3 Octave-band 측정값 68
• 3.3.2 45°에서 제조사에 따른 1:3 Octave-band 측정값 74
• 3.3.3 90°에서 제조사에 따른 1:3 Octave-band 측정값 80
• 3.3.4 −90°에서 제조사에 따른 1:3 Octave-band 측정값 86
• 3.3.5 EMS 군의 각도에 따른 1:3 Octave-band 측정값 92
• 3.3.6 Dmetec 군의 각도에 따른 1:3 Octave-band 측정값 98
• 3.3.7 Woodpecker 군의 각도에 따른 1:3 Octave-band 측정값 104
• 3.4 High-frequency ratio와 Spectral centroid 측정값 110
• 3.4.1 EMS 군의 각도에 따른 HF ratio와 Spectral centroid 측정값 110
• 3.4.2 Dmetec 군의 각도에 따른 HF ratio와 Spectral centroid 측정값 114
• 3.4.3 Woodpecker 군의 각도에 따른 HF ratio와 Spectral centroid 측정값 118
• 3.5 치아 손상 측정값 122
• 3.5.1 EMS 군의 각도에 따른 치아 손상 체적 122
• 3.5.2 Dmetec 군의 각도에 따른 치아 손상 체적 126
• 3.5.3 Woodpecker 군의 각도에 따른 치아 손상 체적 130
• 3.5.4 동일한 각도에서의 제조사에 따른 치아 손상 체적 134
• 3.6 소음 측정 값과 치아 손상 체적 간의 상관성 분석 140
• 3.6.1 EMS 군의 소음 측정 값과 치아 손상 체적 간의 산점도 비교 141
• 3.6.2 Dmetec 군의 소음 측정 값과 치아 손상 체적 간의 산점도 비교 145
• 3.6.3 Woodpecker 군의 소음 측정 값과 치아 손상 체적 간의 산점도 비교 149
• 3.7 스케일러 팁의 3D 스캔 곡률 측정 값 153
• Ⅳ. 고 찰 156
• Ⅴ. 결 론 164
• 참 고 문 헌 167
• ABSTRACT 171