임상연구

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펄프에서 레이저, 핸드피스 사용으로 인한 열효과

2014년 11월 21일.

저자 : Christina Penn, Christopher Beninati, Alissa Mariano, Daniel Dooley, Masly Harsono DMD, Ronald Perry DMD, MS and Gerard Kugel DMD, MS, PhD

 

초록

목적 : 본 연구는 두 가지 에르븀 치과 레이저, 새로운 CO2 레이저 시스템 그리고 기존의 고속 핸드피스를 사용하는 동안, 치과 경조직 제거에서 펄프 온도 변화를 비교하도록 설계되었다. 연구 방법론 : 인간의 80개 비-우식 어금니를 네 개의 표본 집단으로 분리하였으며, 각 집단은 20개의 치아로 이뤄져 있다. 60초 동안, 세 개 집단에 포함된 치아의 교합 표면(occlusal surface)을 제거할 때, 세 가지 레이저 시스템이 사용되었다. 60초 동안 네 번째 집단의 교합 표면에 구멍을 낼 때, 고속 핸드피스가 사용되었다. 제거 이전, 이빨의 펄프 치수강(pulpal chamber)에 삽입된 열전대를 사용하여 펄프 온도를 측정하였다.

 

결과 : 펄프 손상이 시작되었을 때, 평균 온도 상승은 5.5°C의 한계에 접근하지 하지 않았다. 평균적으로, Waterlase MD 시스템을 사용해 제거된 치아의 펄프 온도가 가장 높게 상승한 것으로 나타났다(3.56°C). 기존의 핸드피스에서 평균 온도 상승이 가장 낮았으며(1.57°C), 그 다음이 LightWalker DT 시스템(3.20°C) 그리고 Solea CO2 시스템(3.30°C). 순이었다.

 

세계 보건기구 Global Oral Health Data Bank 그리고 Oral Health/Area Profile Programme에 따르면, 최근 40년 동안 크게 줄기는 하였으나, 충치는 전 세계 취학연령 어린이의 60-90% 그리고 성인의 경우는 거의 100%에 영향을 주는 것으로 나타났다. 불행히도, 기존의 경조직 준비 방식은 최초의 고속 공기-터빈 드릴이 벨트-운전 핸드피스를 대체한 1950년대 후반 이후 크게 바뀌지 않았다. 진동 그리고 독특한 소음을 발생시키는

 

과거 10년 동안 여러 Er:YAG, Er,Cr:YSGG, 그리고 Nd:YAG 고체 상태 레이저가 미국 식약청(FDA)으로부터 승인을 받았다. 하지만 이러한 레이저의 파형은 수산화인회석으로부터 효율적으로 흡수되지 않으며, 제거 작업을 느리게 그리고 비효율적으로 만든다. 이러한 레이저의 파형은 주로 치아의 수분에서 흡수된다. 이로 인해 파형은 비효율적이게 되는데, 치아 에나멜은 부피로 보자면 수반 12% 그리고 수산화인화석 85%로 이뤄져 있기 때문이다. 대조적으로 이산화탄소(CO2)레이저 파형은 특히 9.3 μm 그리고 9.6 μm의 경우, 주로 인화석 미네랄을 통해 흡수된다. 흡수 계수는 각각 500 cm–1 그리고 8,000 cm–1로, 이는 에르븀 레이저의 480 cm–1~800 cm–1과 비교가 된다.

 

경제성이 있는 절단 속도를 생산하는 파형은 9.2 µm~9.8µm이다. 최근 리서치에 따르면, 치아 경조직을 통해 9.3-μm CO2 레이저를 효과적으로 흡수할 수 있으며, 과도한 말초 열 손상이나 기계적 손상을 발생시키지 않고 또는 펄프를 손상시키지 않고, 치아 구조를 제거할 수 있는 것으로 나타났다.

 

현재까지 9.3-μm에서의 레이저를 상업적으로 이용할 수 없는 상황이었으나, 이러한 유형의 CO2 치아 레이저 시스템(Solea™, Convergent Dental, www.convergentdental.com)이 개발되었다. 기존의 에르븀 치아 레이저(Er,Cr:YSGG 2.78 μm, Waterlase MD™, Biolase, Inc., www.biolase.com; 그리고 Er:YAG 2.94 μm, LightWalker® DT, Fotona, www.fotona.com), 새로운 CO2 시스템, 기존의 고속 핸드피스(Midwest® High Speed Handpiece, DENTSPLY, www.dentsply.com)를 사용한 치아 경조직 제고에서 펄프 온도 변화를 비교하는 것이 이번 연구의 목적이다. 또한 일반적으로 받아들여지는 온도 상승 한계인 5.5°C와 온도 변화를 비교할 것이다. Zach, Cohen의 중요 연구에 따르면, 5.5°C의 온도 상승은 과도한 것으로 여겨지며, 펄프의 활력을 손상시킬 가능성이 높은 것으로 나타났다.

 

연구 소재 및 연구 방법론

중대한 부식이나 결함이 없는 인간의 비-우식 어금니에 대한 IRB의 허가를 받은 이후, 세제와 물로 치아를 세척하였다. 그런 다음 포르말린 용액에 치아를 담그고, 티몰(0.1%)을 함유한 증류수 용액과 함께 용기에 보관하였다. 치아는 네 개의 표본 집단으로 분류하였으며, 각각의 집단에 20개의 치아가 포함되었다. 각각의 집단 내에서, 각 표본에 숫자 그리고 색상을 붙여 표본을 구분하였다.

 

비슷한 파워 그리고 플루언스에서 네 개 시스템을 비교할 때, 제조사가 권고한 경조직 제거 설정을 선택하였다.

 

 

(편집자 주: 이번 연구에서 사용된 Waterlase MD 시스템은 2009년부터 사용된 시스템이다. 2011년, 새로운 모델인 Waterlase iPlus™가 발행되었다.)

 

각각의 시스템에서, 표준(권고) 공기/물 스프레이 혼합물이 사용되었다. 표 1은 테스트를 수행한 각 시스템 설정의 레이저 시스템 설정 그리고 측정 파워 산출에 대해 보여주고 있다. 각 표본 치아에서 수실(pulp chamber) 위치를 식별할 때, 디지털 방사선 사진(Schick CDR Elite Size 2, Sirona Dental, www.schickbysirona.com 또는 Gendex GSX- 700™, Gendex Dental Systems, www.gendex.com)을 사용하였다. 에폭시 양생 이후, 열전대 주변에서 에어 포켓이 형성되지 않았으며, 그리고 위치가 적절한지 확인하기 위해 두 번째 방사선 사진을 사용하였다. 레이저 제거 시스템에서, 레이저 말단으로부터 일정한 거리(4~7mm)를 유지하는지 확인하기 위해, 각 표본 치아를 바이스 홀더(vice holder)에 배치하였다. (레이저 제조사는 4~7mm 범위를 권고하였다. 레이저 제조사는 이러한 범위에서 플루언스의 변화가 가장 적다고 명시하였다.). 테스트를 수행하기 이전에, 모든 시스템에서 보정 Ophir 30A-SH 레이저 파워 미터(Ophir Optronics, www.ophiropt.com)와 함께 파워 리딩을 취하였다. 사전에 결정한 레이저 설정을 사용하여, 각 표본 치아의 교합 표면을 6초 동안 제거하였다. 세 가지 시스템 그리고 고속 핸드피스는 깊이에서 차이를 나타냈다. 일부 유닛은 제거 각도, 치아의 기하학적 구조, 병변의 견고함, 수산화인회석의 강도를 기초로 다른 유닛 보다 깊은 투과를 나타내기도 하였다.

 

전통적인 핸드피스의 경우, 각 표본 치아를 홀더에 매치하였으며, 버(bur)의 말단은 치아의 교합 표면과 가깝게 배치하였다. 절단은 가감 저항 풋-페달을 사용해 시작하였으며, 절단은 60초 동안 지속되었다.

 

Apollo IV DT304 디지털 온도 로거(Digital Temperature Logger)(UEi Test Instruments, www.ueitest.com)에 열전대를 부착하여, 펄프의 온도를 측정하였다. Apollo IV DT304 디지털 온도 로거는 ApolloDigital 소프트웨어를 실행하는 노트북 컴퓨터에서 USB를 사용하여 부착하였다. 결과는 분석을 위해, Indiana 의과대학, 생물통계 학부(IndeviaData)로 전달되었다. 또한 각 시스템 설정에서, 시간 별 온도 반응의 상관관계를 분석하기 위해 Pearson 계수를 수행하였다. 그리고 Solea 시스템의 온도 측정과 다른 세 가지 시스템의 온도 측정과의 상관관계에 대해서도 분석을 수행하였다.

 

결과

시스템 모두 표본 치아를 효과적으로 제거하는 것으로 나타났으며, 차(char)는 최소한의 수준이었다. 평균적으로, Waterlase MD으로 제거한 치아에서 펄프 온도가 가장 높게 상승하였다(3.56°C). Midwest 고속 핸드피스의 경우가 평균 온도 상승이 가장 낮았으며(1.57°C), 그 다음이 LightWalker DT 시스템(3.20°C) 그리고 Solea 시스템(3.30°C)의 순이었다. 표 2에서는 평균적인 온도 결과에 대해 요약하고 있다. 평균 온도 상승이 펄프 손상이 시작되는 것으로 이해되는 5.5°C로 접근하는 경우는 없었다. 그림 1은 개별 데이터 세트를 표시하고 있는데, 데이터 세트는 표 2의 평균 결과를 생산할 수 있도록 편집되었다.

 

표 3은 세 가지 레이저 테스트 집단의 Pearson 계수에 대해 보여준다. 모두 시간 그리고 온도 상승에 대해 0.95 이상의 상관관계를 나타낸다. 또한 표 3은 Solea 시스템과 비교하였을 때, 각각의 서술어(predicate)가 0.93 이상의 Pearson 상관관계 계수를 나타낸다는 사실을 보여준다. 각각의 개별 성과 데이터 세트는 서로 유의미한 상관관계를 나타냈는데, 결과적으로 시간 별 온도에 대한 레이저 시스템의 실질적 등가를 확인하게 된다.

 

논의사항

공동 방지 및 카리에스 제거에서 레이저의 사용에 대해 최초로 조사한 학자는 기술이 적합하지 않다고 결론을 내렸다. 제한된 영역에서 상당한 열을 발생시키고, 결과적으로 에나멜의 균열 그리고 왜곡을 발생시키기 때문이다. 하지만 이후, 경조직 제거에 관한 역학에 대한 이해의 폭이 넓어지면서, 조직의 구성요소를 효과적으로 흡수하는 레이저가 개발되게 되었다.

 

현재의 연구에서 비교했던 세 가지 레이저 시스템은 큰 차이를 나타내고 있는데, 펄스의 특성 그리고 주파수에 있어 차이를 나타낸다. 에르븀 레이저는 매우 낮은 반복율에서 가장 효율적인 것이 일반적이다. 따라서 높은 절단 비율을 취하기 위해서는, 펄스 당 다량의 에너지를 전달해야 했다(100~500 mJ). CO2 레이저는 융통성이 있어, 높은 반복 비율에서 효율적으로 운영이 되었으며, 따라서 펄스 당 낮은 에너지를 전달하는 것이 가능하였다. CO2 레이저 빔은 특정 영역에서의 열 누적을 최소화할 수 있도록 검사되는 것이 가능하다.

 

이번 연구에서, 절단 변수로 교합에서 다른 기하학적 구조, 탈수 레벨(어금니는 다른 시점에서 발치 되었다)을 들 수 있다. 교합에서 기하학적 구조의 차이는 수실의 지붕에 접근하기 위해 만들어진 구멍의 크기 및/또는 형태에 일정 정도 영향을 주었다. 에나멜의 평균 두께는 첫 번째 어금니의 중간 표면에서 1.28 mm부터 첫 번째 어금니 말단 표면에서 1.40 mm, 두 번째 어금니의 중 표면에서 1.29mm부터 두 번째 어금니의 말단 표면에서 1.48 mm이었다. 티몰 용액에서, 발치된 어금니의 보관 시간 차이 역시 제거 동안 온도 변화에 영향을 줄 수 있었다. 한편 보관 시간의 차이를 피하기 위해, 연구에서 사용된 발치 어금니 모두를 동시에 수집하는 것은 현실적이지 않다. 펄프 온도 변화의 평균을 구하는 방법으로, 저자는 데이터를 표준화하고자 하였다. 교합의 기하학적 구조 그리고 탈수 레벨의 차이에 대해 이해하는 것이 목적이었다.

 

결론

건강한 발치 어금니를 제거하기 위해 사용될 때, 표준 설정에서 운전되는 Solea 9.3-µm CO2 레이저로 인한 온도 상승은 대체적으로 봤을 때, LightWalker DT Er:YAG 레이저 시스템을 사용했을 때의 온도 상승과 비슷하고, Waterlase MD Turbo Er,Cr:YSGG 레이저 시스템으로 인한 펄프 온도 상승 보다는 다소 낮다. 세 가지 레이저 시스템에서 발생하는 펄프 온도 상승은 기존의 핸드피스 보다 높았다. 하지만 펄프를 손상시키는 것으로 알려진 온도인 5.5°C로 온도가 상승하는 경우는 없었다. 빔의 특성에는 차이가 있었으나, 제거 동안의 온도 상승으로 펄프 조직을 손상시키지 않는다는 점에 있어서는 차이가 없었다.

 

공개할 사항

Ms. Penn이 이번 Convergent Dental 연구를 수행하는데 연구 보조금이 제공되었다. 저자는 이번 연구에서 언급된 기업과는 관계가 없음을 밝힌다.

 

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