복합레진으로 수복된 치아의 비파괴 평가 = Nondestructive evaluation of dental composite restoration

국문 초록 (Abstract)

손상된 치아의 치료 시 수복재(restorative materials)로 사용되는 치과용 복합레진은 조작이 용이하여 임상 치료시의 작업성이 좋고 파절 저항성과 마모 저항성이 높아 치료 후 보전성이 우수하며 환자의 치아와 색상 및 모양이 비슷하여 심미성이 우수한 소재이다. 수복용 복합레진에는 광중합 개시제인 캄포퀴논(camphorquinone)이 포함되어있어 빛에 의해 중합반응을 일으키게 된다. 이때 수복재를 구성하는 단량체가 중합반응을 통해 상호간에 공유결합을 하게 되면서 구성 원자간의 거리가 감소하게 되어 부피 수축이 일어나게 된다. 따라서 치아와 복합레진의 결합 강도가 불충분할 경우, 치아의 법랑질(enamel) 또는 상아질(dentin)과 수복용 레진 사이에 미세 갭(micro gap)이 형성될 수 있다. 이와 같은 미세 갭은 시술 후 환자에게 지각과민증(tooth hypersensitivity)을 나타나게 하며, 타액 등의 이물질이 수복물과 치질 사이로 침투하여 이차 우식(second caries)을 유발시키거나 박테리아 등의 감염으로 인해 치수에 염증을 일으킬 수 있다. 수복재와 치아간의 결합력보다 중합 수축응력이 큰 경우에는 접착면에서 갭이 형성되거나 수복재 내부의 균열 또는 인접치질의 변형이 발생할 수 있다. 따라서 레진 수복재와 치아질과의 완전한 접착과 복합레진 수복재의 중합 수축응력의 평가는 임상적으로 매우 중요하다.
치아/수복재 계면부의 평가 방법으로는 미소시험법 등이 알려져 있으며, SEM(scanning electron microscopy)과 염료 침투법(dye penetration method) 등을 통해 중합수축 갭을 관찰하고 있다. 그러나 이 실험들의 결과를 살펴보면, 치아의 상아질과 수복재 부분의 계면 강도 평가가 미흡하고 광조사에 따른 레진 수복재의 중합 경화 과정에서 발생되는 계면결함발생 메커니즘의 시간적 해석이 없었다. 음향방출(Acoustic emission, AE) 측정법은 재료가 외적 하중을 받아 재료 내부에서 미세한 손상과 균열, 소성변형이 발생할 때 방출되는 탄성파를 재료 혹은 구조물 표면에 장착한 센서로 실시간 온라인 검출하여 해석하는 비파괴 검사법으로써 시간 함수로의 파괴 해석이 가능하다.
본 연구에서는 치아의 와동(cavity)을 모사한 링 시편을 제작하고 스트레인 게이지법과 유한요소법으로 복합레진의 중합수축에 따른 응력 발생 거동을 분석하고 치아/수복재 계면부의 파괴 해석에 음향방출(AE)법을 새롭게 적용하였다. 수복된 복합레진의 수축에 따른 계면부 균열발생 상태를 실시간 모니터링 하고 중합수축 거동과 비교하여 계면 균열 발생 메커니즘을 시간함수로써 해석하였다. 치과용 복합레진의 계면부 파괴에 대한 음향방출 측정은 새롭게 적용되는 시험법이므로 시험 방법과 검출된 신호의 파라미터에 대해 검증하였다. 비모수 통계법을 적용하여 치아 시편에 센서를 부착하는 방법에 따라 AE 데이터의 거동과 차별성을 연구하였다.
한편, 복합레진 수복부 내부의 결함 검출에 위상잠금 열화상 기법을 적용하였다. 기존의 연구들은 접합부가 드러난 표면의 결함만 측정 가능하였으며, 내부의 결함을 관찰하기 위해서는 시편을 절단해야 했다. 그러나 위상잠금 열화상 기법은 대상체에 침투된 열원의 위상 지연을 측정하여 재료 내부의 결함 유무를 판별하는 비파괴 검사법으로서, 시편의 절단 없이 임상학적으로 중요한 수복재 아랫면 결함에 대한 평가를 기대할 수 있다. 치아의 계면 결함을 모사한 내부 홀 결함 시편을 제작하여 결함부의 크기와 깊이에 따라 획득한 이미지의 위상과 진폭의 차이를 연구하였다.
본 연구를 통해 치아에 대한 복합레진 수복재의 중합수축 응력 분포 거동과 계면부 균열/파괴 메커니즘을 해명하고, 치과 관련 분야에서 음향방출 시험법과 위상잠금 적외선 열화상 시험법의 결함 진단 기술로의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차 i
• 요 지 iv
• LIST OF FIGURES vi
• LIST OF TABLES x
• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 1
• 1.1.1 치과 수복재의 연구 동향 1
• 1.1.2 연구의 필요성 3
• 1.2 연구목적 및 범위 6
• 제2장 복합레진의 중합수축 특성 11
• 2.1 서언 11
• 2.2 실험방법 12
• 2.2.1 재료 및 복합레진 수복 12
• 2.2.2 스트레인 게이지 법 13
• 2.2.3 유한요소 해석 14
• 2.3 결과 및 고찰 20
• 2.3.1 스트레인 게이지 법을 이용한 복합레진 중합수축력 측정 및 해석 20
• 2.3.2 유한요소 해석 24
• 2.4 결언 28
• 제3장 음향방출법을 이용한 치아/복합레진 계면부 비파괴 평가
• 29
• 3.1 서언 29
• 3.2 실험방법 32
• 3.2.1 복합레진 수복 방법 32
• 3.2.2 음향방출 실험 32
• (1) 시편 제작 32
• (2) 실험 장치 구성 33
• 3.2.3 비모수 통계 해석 34
• 3.2.4 wave guide 감쇠 보정 36
• 3.2.5 유한요소 해석 37
• 3.3 결과 및 고찰 41
• 3.3.1 음향방출 해석 41
• (1) 음향방출 신호 특성 41
• (2) 통계적 검정 45
• (3) 센서 부착 방식에 따른 AE 신호 특성 49
• 3.3.2 wave guide 감쇠 보정 결과 58
• 3.3.3 복합레진 가장자리부의 계면파괴 평가 61
• 3.3.4 와동의 크기와 복합레진 종류에 따른 AE 신호특성 65
• 3.4 결언 76
• 제4장 위상잠금 열화상을 이용한 복합레진 수복부 건전성 평가
• 78
• 4.1 서언 78
• 4.2 위상잠금 적외선 열화상 기법 78
• 4.3 실험방법 81
• 4.3.1 시험편 제작 81
• 4.3.2 위상잠금 열화상 실험 81
• 4.4 실험 결과 및 고찰 83
• 4.4.1 진폭 분석 83
• (1) 결함부 깊이에 따른 이미지 특성 83
• (2) 결함부 크기에 따른 이미지 특성 87
• 4.4.2 위상 분석 90
• (1) 결함부 깊이에 따른 이미지 특성 90
• (2) 결함부 크기에 따른 이미지 특성 92
• 4.5 결언 95
• 제5장 결론 96
• 후기 98
• 참고문헌 99
• ABSTRACT 105