KR200210833Y1 - 태이퍼진 쐐기형 치과용 임프란트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기계적 특성이 뛰어나고 시술이 편리한 치과용 임프란트에 관한 것으로서, 상부에서 하부 끝단으로 갈수록 일정한 각도로 좁아지는 태이퍼진 형태의 몸체와, 상기 태이퍼진 형태의 몸체 외주면에 일체로 형성되어 있고, 상기 몸체의 외주면을 길이방향으로 삼등분하였을 때 각각의 부분에 비연속적으로 형성되어 있는 나사산과, 상기 태이퍼진 형태의 몸체 상단에 일체로 형성되어 있는 돌출부를 포함하여 구성되는 치과용 임프란트를 제공한다.

Description

태이퍼진 쐐기형 치과용 임프란트{TAPERED-WEDGE SHAPED DENTAL IMPLANT}

본 고안은 기계적 특성이 뛰어나고 시술이 편리한 치과용 임프란트에 관한 것이다.

현대 과학 문명의 급속한 발달은 생명공학과 의학 분야에서 획기적인 발전을 가져왔고, 특히 인공장기 이식술의 눈부신 발전은 인류의 행복과 생명 연장에 기여를 하고 있다. 상실된 치아를 수복하려는 인류의 노력은 노예의 치아를 귀족들에게 이식시킨 고대 이집트의 기록에도 나타나 있으며, 그 외에도 많은 역사적 기록이 남아있고, 인공치아이식술(임프란트)의 재료와 형태에 많은 발전을 거듭해 왔다. 최근에 널리 시술되고 있는 치과용 골유착성 임프란트는 임상적 효율성이 과학적으로 입증됨에 따라 치아의 기능을 회복하는 통상적인 치료술식으로 자리잡아 가고 있다. 임프란트를 이용한 치료술식이 시도되어 많은 성공을 거둔지 이미 30여년이 지났고 국내, 외에서도 치과 임프란트 학회가 창립되어 활발한 학술 활동이 이루어지고 있다. 한국의 치과 진료술식도 많은 변화가 있었다. 경제발전에 따른 국민소득의 증가와 치아 건강에 대한 일반인들의 관심이 증가함에 따라 인공치아 이식술에 대한 수요의 증가를 가져오게 되었다. 특히 2000년대에는 그 필요성이 더욱 증대되리라고 생각된다. 본 고안에 있어서, 임프란트는 인공치아이식술을 의미할 뿐 아니라, 이하에서는 인공치아이식과정의 초기 단계에서 악골(턱뼈)에 식재되는 인공치근을 지칭하는데에도 사용한다.

골유착성 임프란트는 단일 결손치 수복은 물론, 부분 무치악, 완전 무치악 환자에서 의치의 기능을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 치과 보철수복의 심미적인 면을 개선시키며 주위의 지지골 조직에 가해지는 과도한 응력을 분산시키고 치열의 안정화에 도움을 줄 수 있다. 임프란트의 성공 여부는 생체적합성, 골조직의 양과 질, 외과술식 및 상부구조의 설계 등 여러 요소에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있으며, 구강 내에서 기능중에 받는 하중을 적절히 분산시키고 저항할 수 있어야 장기간 성공적으로 사용할 수 있다.

또한, 골유착성 임프란트는 골조직과 임프란트가 결체조직의 개재 없이 직접 접촉되어 있기 때문에 치주인대에 의해 둘러싸인 자연치아와는 기능 및 생리적으로 능력의 분산이나 그 전달 과정이 다르다. 골유착성 임프란트에서는 치주인대가 존재하지 않기 때문에 외부 하중이 가해질 때 응력이 완화되지 않고 골조직 내부로 직접 전달되므로, 계속적이고 복합적인 하중을 받는 구강내에 골유착성 임프란트가 식립되어 자연치아의 기능을 대신할 경우, 생역학과 관련된 여러 가지 문제점들이 발생할 수 있다. 따라서 치과용 임프란트가 구강내에서 기능을 할 때 임프란트와 주위 조직에 가해지는 응력의 크기와 응력의 분포를 고려하여 치과용 임프란트를 설계하는 것은 필수적이라고 하겠다.

현재 널리 사용되고 있는 대부분의 골유착성 임프란트는 원통형 또는 반구형의 형체로 되어 있는데, 이러한 형태의 임프란트는 하중을 받을 경우 근단부와 경부에 응력이 집중되는 단점이 있다. 이에 비하여 자연치아의 치근 형태는 쐐기형의 모양을 하고 있어서 수직 압력과 측방력에 대하여 훨씬 유리한 것으로 알려져 있다.

하악골에 임프란트가 시술되고 골과 완전한 유착이 일어났다고 가정할 때 치과 임프란트의 형상이 하악골에 미치는 영향을 연구하기 위해서 원통형 치과 임프란트, 반구형과 쐐기형의 세 가지 형태의 치과 임프란트에 대하여 각각 균질화 기법을 이용한 응력해석을 하였다. 임프란트에 가해지는 하중 조건은 하악골에 10mm 깊이로 임프란트를 식립한 것으로 가정하고 2가지의 하중을 임프란트 정점에 적용하였다. 치과 임프란트에 대한 하중 조건은 임프란트 상단부 중앙에 수직 방향으로 100N/mm의 힘을 가했을 때, 수직 방향으로 100N/mm과 수평 방향으로 20N/mm의 힘을 동시에 가했을 때의 두 가지 경우가 주어졌다.

표 1. 하중 조건과 치과 임프란트 형상에 따른 하악골의 응력 분포

형태 하중조건	원통형	반원형	쐐기형
압축력	100MPa	60MPa	60MPa
압축력 ＆ 측방력	300MPa	140MPa	120MPa

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 각 하중 조건에 따라 세 가지 형태의 (원통형, 반원형, 쐐기형) 임프란트에 대한 응력 해석 수행 결과를 보면 원통형 임프란트의 경우에서 타 임프란트에 비해 주변의 응력이 과다하게 분포되고 있음을 보여주고 있다. 또한 압축력과 측방력이 함께 작용한 경우 쐐기형 임프란트가 저작압의 분산이라는 측면에서, 즉 음식물을 씹을 때 치아에 가해지는 압력이 효율적으로 분산될 수 있으므로 다른 형태의 임프란트보다 매우 안정적이라는 것으로 해석할 수 있다.

따라서 기존의 나사고정형 치과용 임프란트의 형태를 원통형 또는 반구형이 아닌 쐐기형의 모양으로 변형시킴으로써 응력의 분포를 더욱 유리하게 하여 임프란트가 하중을 견디는 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 쐐기형의 임프란트는 임상적으로도 시술의 편리성과 보철물 제작의 심미성도 증가시킬 수 있으므로 기존의 수입 제품들보다 많은 장점을 갖고 있다.

종래의 쐐기형의 치과용 임프란트의 예를 도 1에 도시하였다. 상기 임프란트의 외형은 상부에서 밑으로 갈수록 계단 모양으로 좁아지는 쐐기형태(stepped wedge)로 되어 있다. 이와 같은 임프란트를 식립하기 위해서는 환자의 악골에 드릴을 이용하여 구멍을 형성하고, 임프란트를 상기 구멍에 집어넣어 고정을 해야한다. 드릴을 이용하여 골조직에 구멍을 형성할 때 계단 모양으로 좁아지는 쐐기형태로 구멍을 형성하는 것은 현실적으로 매우 어려울 뿐만 아니라, 구멍을 형성한다고 하더라도 마찰열이 매우 커지고 수술과정이 복잡하게 된다. 따라서 종래의 임프란트를 식립하기 위해서는 태이퍼진(tapered) 드릴을 이용하여 골조직에 태이퍼진 구멍을 형성하고, 상기 구멍에 계단 모양으로 좁아지는 쐐기형태의 임프란트를 식립하는 것을 원칙으로 하고 있다.

그러나 태이퍼진 구멍에 계단 모양으로 좁아지는 쐐기형태의 임프란트를 식립하게 되면 골조직과 임프란트의 균일한 접촉이 이루어지지 못하여 어떤 부분에서는 공간이 생기고, 어떤 부분에서는 골조직이 과도하게 압박을 받아 골조직이 흡수, 즉 골조직이 분해되어 소실될 수 있다. 이렇게 되면 임프란트 치료술식에서 가장 중요한 과정인 골유착을 얻는데 불리해 질 수밖에 없는 것이다. 여러 문헌보고에 의하면 임프란트와 골조직간에 긴밀한 접촉이 유지되어야 골유착 현상을 얻을 수 있고, 성공적인 골유착 현상을 이루어 내야 성공적인 임프란트치료술식이 가능한 것인데 계단 모양으로 좁아지는 쐐기형태의 임프란트는 이러한 면에서 불리한 조건을 갖고 있는 것이다.

따라서 본 고안의 목적은 쐐기형태의 임프란트로서, 골조직과 임프란트의 균일한 접촉을 이룰 수 있어 골유착이 효과적으로 얻어지며, 임프란트 식립이 용이하여 저렴한 비용으로 임프란트 시술을 가능하게 하는 치과용 임프란트를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 쐐기형 임프란트의 예를 도시한 정면도이다.

도 2a는 본 고안에 의한 쐐기형 임프란트를 도시한 정면도이다.

도 2b는 도 2b에 도시된 임프란트의 평면도이다.

도 2c는 도 2b에 도시된 임프란트의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 의한 실시예를 도시한 정면도이다.

도 4는 본 고안의 임프란트의 표면 상태를 보여주는 사진이다.

도 5는 본 고안의 임프란트로서, 거친 표면을 보여주는 사진이다. 도 6a 내지 6e은 임프란트 식립과정을 설명한 순서도이다. 도 7은 임프란트와 지대기둥의 분해 사시도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10:태이퍼진 쐐기형태의 몸체 12:나사산

14:목 부위 16:돌출부

18:홈

본 고안은 상부에서 하부 끝단으로 갈수록 일정한 각도로 좁아지는 태이퍼진 형태의 몸체와; 상기 태이퍼진 형태의 몸체 외주면에 일체로 형성되어 있고, 상기 몸체의 외주면을 길이방향으로 삼등분하였을 때 각각의 부분에 비연속적으로 형성되어 있는 나사산과; 상기 태이퍼진 형태의 몸체 상단에 일체로 형성되어 있는 돌출부를 포함하여 구성되는 치과용 임프란트를 제공한다.

본 고안은 임프란트의 전체적인 외형을 계단형인 아닌 연속적인 태이퍼 형태로 부여함으로써 임프란트 식립시 골조직에 미리 형성되는 태이퍼진 구멍과 같은 모양을 갖게 하였다. 따라서 임프란트를 식립한 후에 임프란트와 골조직간에는 균일하고 긴밀한 접촉을 유지할 수 있어서 보다 확실한 골유착 현상을 기대할 수 있고 과도한 압력으로 인한 골조직의 흡수를 방지할 수 있다.

또한, 본 고안은 임프란트 상단부까지 나사산을 형성하여 줌으로써 악골(턱뼈)중에서 가장 단단한 부분인 외벽(바깥층)에 이미 임프란트가 확실하게 고정되도록 하였다. 종래 기술에서는 임프란트 상단부 1/3 부위에는 나사산을 형성하지 않아 악골의 바깥층에서는 고정을 얻기 어려우나 본 고안은 나사산이 상단부까지 있어서 초기고정이 우수하여 골유착현상이 일어나는데 훨씬 유리하다.

이하, 도면을 참조하며 실시예를 통하여 본 고안을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 고안의 임프란트는 도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 경부에서 근단쪽으로 갈수록 좁아지는 태이퍼진 쐐기형태의 몸체(10)를 갖고 있고, 상기 몸체의 외주면에는 나사산(12a, 12b, 12c)이 형성되어 있으며, 몸체의 상부에는 원판 형태의 목(neck)부위(14)가 형성되어 있으고, 상기 목 부위 위에는 육각형상의 돌출부(16)가 형성되어 있다. 도 2b는 본 고안의 임프란트를 위에서 바라본 평면도로서, 상기 돌출부(16)가 육각형태인 것을 볼 수 있다. 임프란트가 골조직과 융합된 후, 상기 돌출부 위에는 인공치아가 장착될 지대기둥이 세워지게 된다.

상기 나사산(12a, 12b, 12c), 목 부위(14), 및 돌출부(16)는 모두 몸체에 일체로 형성되어 있다. 상기 몸체는 상부에서 끝단까지 3 ~ 10°의 범위의 경사가 지도록 하는 것이 바람직하다. 경사각이 너무 작으면 원통형 임프란트와 유사한 구조가 되어 임프란트의 상단부와 근단부에 응력이 집중되므로 골유착이 용이하지 않으며, 경사각이 너무 크면 골조직에 구멍 형성이 어려울 뿐만 아니라 임프란트 식립과정에서 골 삭제량이 많아지게 되고, 임프란트가 식립된 후 응력분산이 어려워지기 때문이다. 또한, 상기 몸체의 크기는 악골의 형태에 따라 달라질 수 있으나, 상부에서 끝단까지의 길이가 8 ~ 14m, 몸체의 굵기는 3.8 ~ 5.5mm의 범위인 것이 바람직하다.

한편, 상기 태이퍼진 형태의 몸체 외주면에는 몸체의 길이방향으로 일정한 홈을 형성할 수 있다. 이러한 홈은 골조직과 임프란트 간의 골유착을 극대화시킬 수 있다. 도 2c는 본 고안에 의한 태이퍼진 형태의 임프란트의 단면을 나타낸 것으로서, 몸체(10) 외주면에 120°의 각도로 세 개의 홈(18)이 형성된 것을 나타내며, 몸체 외주면에 형성된 나사산(12)이 상기 홈(18)에 의하여 분리되어 있는 것을 볼 수 있다. 또한 몸체 외주면에 형성된 각각의 나사산의 형태를 보면 나사산의 한 쪽 끝은 예리하게 날이 서 있고, 다른 한 쪽은 완만한 곡선으로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 나사산의 형상은 임프란트 식립과정에서 임프란트가 뼈 속으로 들어갈 때 주위의 뼈를 삭제하면서 자가고정(self-tapping)이 용이하도록 한다. 따라서 악골에 태이퍼진 구멍을 형성한 후에는 구멍 내면에 나사산을 형성하지 않더라도 임프란트 스스로 주변의 뼈를 깍으면서 구멍속에 들어갈 수 있고, 초기 고정력이 매우 우수하게 된다. 또한, 임프란트 식립시 깍여지는 뼈의 분해물(뼈가루)은 나사산 사이의 홈(18)에 모이게 되어 뼈가루에 의해 임프란트가 악골 내로 진입하기 어려운 점을 방지해준다. 홈에 뼈가루가 채워지게 되므로 홈에도 빈 공간이 없게 되어 임프란트의 골 유착을 더욱 용이하게 할 수 있다.

이와 같이 본 고안은 쐐기작용에 의한 초기 고정력이 매우 우수하기 때문에 나사선이 연속되지 않고 세 부분으로 나누어 이루어져 있다. 또한, 나사선이 자가고정형(self-tapping) 구조, 즉 임프란트 자체가 스스로 나사를 파면서 뼈속으로 들어가 고정되는 구조를 갖고 있어서 골조직의 드릴링 후에 바로 임프란트를 식립할 수 있다.

도 3a 및 3b는 본 고안에 의한 실시예를 도시한 것으로, 도 3a의 경우 도 2a에 나타난 임프란트와 동일한 형태를 갖는 임프란트를 도시하고 있다. 반면 도 3b는 임프란트 몸체 상단에 육각형상의 돌출부가 없고 원기둥 형상의 돌출부가 일체로 형성되어 있다. 상기 원기둥 형상의 돌출부는 임프란트 위에 세워질 지대기둥에 해당한다. 도 6a 내지 6e에는 임프란트 식립과정을 설명하였다. 일반적으로 임프란트 식립과정은 다음과 같은 단계를 거치게 되는데, 먼저 임프란트의 필요성 여부, 환자의 기본적인 구강 상태 등을 검사한 후(기본 검사단계, 도 6a), 생체친화성이 우수한 재료로 임프란트를 악골 내에 심어서 자연치아의 뿌리에 해당하는 부분을 만든다(1차 수술단계, 도 6b). 3 ~ 6개월 정도의 안정 기간을 거쳐서 뼈와 임프란트가 융합되면 뼈 속의 임프란트에 지대기둥을 세워 잇몸 밖으로 노출시킨다(2차 수술단계, 도 6c). 그 다음 자연치아와 유사한 형태로 인공치아를 만들어 지대기둥 위에 장착한다(보철단계). 도 6d 및 도 6e는 각각 지대기둥 위에 연결된 임시수복물 및 최종수복물을 나타낸다. 도 7은 임프란트와 지대기둥의 분해 사시도를 나타낸 것으로, 임프란트(21)와 임프란트 상단에 연결되는 지대기둥(22) 및 임프란트와 지대기둥을 고정시키는 고정나사(23)를 도시하고 있다. 따라서 지대기둥은 임프란트와 인공치아의 연결 부위에 해당한다고 할 수 있다. 도 3b의 실시예에서는 지대기둥을 임프란트 상단에 일체로 제작함으로써 상기 2차 수술단계를 거치지 않고 곧바로 보철단계에 들어갈 수 있으므로 시술이 간편하다. 또한, 임프란트 본체와 지대기둥이 일체로 되어 연결부위가 존재하지 않으므로 각각을 따로 제작하여 결합시켰을 경우 연결부위에서 발생할 수 있는 세균의 침입 및 서식을 원천적으로 예방할 수 있다.

본 고안의 임프란트는 현재 국내외에서 임프란트재로 주로 사용되고 있는 pure titanium, Grade 3를 사용하였으며, 컴퓨터 밀링법으로 제작하였다. 도 4는 가공된 본 고안의 임프란트의 표면 상태를 보여주는 사진으로서, 표면 상태가 매우 양호한 것을 보여준다.

본 고안은 몸체 상부에서 끝단으로 일정한 각도로 좁아지는 형태를 갖고 있으므로 임프란트 식립 수술 중에 인접 자연 치아를 손상시킬 가능성이 훨씬 줄어들고, 골조직의 양이 충분치 못한 경우에도 시술이 가능하다. 특히, 쐐기형 임프란트는 그 형상이 자연치아의 치근형태와 유사하여 발치 후 즉시 혹은 단기간 내에 임프란트 시술을 할 경우에는 쐐기 형태의 치근이 존재하고 있던 부위에 자연치아의 치근과 유사한 쐐기형태의 임프란트를 간단하게 식립할 수 있을 뿐만 아니라, 수술시에 골 삭제량이 적어서 수술 후 통증과 부종을 감소시킬 수 있다. 나중에 보철물 제작시에도 자연스러운 치아배열을 할 수 있고 심미적인 보출물의 제작이 가능하다.

나사형 임프란트는 특별히 고안된 드릴을 이용하여 골내에 이식하게 되고, 나사의 홈으로 자라는 신생 골조직에 의해 기계적, 화학적인 고정이 이루어지게 된다. 이때 골유착을 얻기 위한 필요조건 중 한가지가 초기고정을 얼마나 확실히 얻을 수 있는가 이다. 그리고 초기고정을 좌우하는 요소 중에서 임프란트의 표면상태가 중요한 비중을 차지하고 있고 따라서 적절한 표면의 거칠기는 골유착 현상을 이루어 내는 데에 결정적인 역할을 하는 것이다.

치과용 임프란트가 매끈한 면보다는 적절한 거칠기를 갖는 것이 초기고정에도 유리하고 골유착 현상을 촉진한다는 것은 많은 연구자들에 의해서 입증되고 있고, 현재 사용되고 있는 치과용 임프란트의 상당수가 매끈한 면보다는 거친 면을 갖고 있다. 임프란트의 표면을 적절히 거칠게 만들기 위해서는 코팅 방법, 분사 방법, 산 부식 방법 등의 여러 방법들이 사용되고 있다. 타이타늄 분말이나 수산화인회석을 임프란트 표면에 코팅하는 방법들은 임프란트 이식 수술 중에, 혹은 수술 후에 코팅한 물질이 임프란트 표면으로부터 박리 되어 인체 내에서 이물질 반응을 일으키거나 골유착 현상을 방해할 수 있다는 가능성 때문에, 본 고안의 경우에는 임프란트 표면에 타이타늄 가루를 분사시킨 후 산을 이용해서 깨끗이 부식하는 방법을 사용하였으며 그 결과 도 5에서와 같이 거친 표면을 얻을 수 있었다.

본 고안에 의하면 원통형 및 반구형의 치과용 임프란트를 쐐기형으로 바꿈으로써 외부에서 가해지는 하중을 분산, 완화시킴으로써 하중에 견디는 특성을 향상시킬 수 있으며, 시술을 편리하게 하고 보철물 제작의 심미성도 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 쐐기형 임프란트에 비하여 응력 분산이 훨씬 효과적이고, 임프란트의 초기 고정력이 매우 우수하며, 외과적 시술이 간단하고 보철물의 제작도 편리하다. 그리고 쐐기형의 모양을 하고 있어서 발치 후 즉시 임프란트 식립이 가능하며, 악골의 크기가 작은 동양인에게 시술하기에 유리하다.

Claims (6)

1. 상부에서 하부 끝단으로 갈수록 일정한 각도로 좁아지는 태이퍼진(tapered) 형태의 몸체와;

   상기 태이퍼진 형태의 몸체 외주면에 일체로 형성되어 있고, 상기 몸체의 외주면을 길이방향으로 삼등분하였을 때 각각의 부분에 비연속적으로 형성되어 있는 나사산과;

   상기 태이퍼진 형태의 몸체 상단에 일체로 형성되어 있는 돌출부를 포함하여 구성되는 치과용 임프란트.
2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부는 임프란트 식립 후 인공치아가 장착될 지대기둥과 결합될 수 있도록 하는 육각형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 임프란트.
3. 제1항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 태이퍼진 형태의 몸체 상단에 일체로 형성되어 있으며, 악골에 식재된 임프란트와 잇몸 위에 장착되는 인공치아의 연결부인 원통상의 지대기둥인 것을 특징으로 하는 치과용 임프란트.
4. 제1항에 있어서, 상기 태이퍼진 형태의 몸체는 상부에서 끝단에 이르기까지의 경사가 3 ~ 10°의 범위인 것을 특징으로 하는 치과용 임프란트.
5. 제1항에 있어서, 상기 태이퍼진 형태의 몸체 외주면에는 몸체의 길이방향으로 일정한 홈이 형성되어 있고, 상기 몸체 외주면에 형성된 나사산은 상기 홈에 의하여 분리되며, 나사산의 한 쪽 끝은 날이 형성되어 있고 다른 한 쪽 끝은 완만한 곡선으로 경사진 것을 특징으로 하는 치과용 임프란트.
6. 제1항에 있어서, 상기 태이퍼진 형태의 몸체는 표면을 부식시켜 거친 표면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 치과용 임프란트.