[기획특집]교정용 광중합기에 대한 최신 지견
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[기획특집]교정용 광중합기에 대한 최신 지견
  • 승인 2007.02.06 16:03
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교정용 광중합기에 대한 최신 지견

 

김 태 관 원장
스마일어게인치과
orthok@chol.com

 

기획특집 ‘광중합기(All of Light Curing Unit)를 준비하면서 임상기고는 본지의 편집방향과 다를 수 있음을 미리 밝힌다

약력
연세대학교 치과대학 졸업
연세대학교 치과대학 부속병원 인턴, 레지던트
연세대학교 치과대학 교정학교실 석사
연세대학교 치과대학 교정학교실 박사과정
연세대학교 치과대학 연구강사
대한치과교정학회 인정의
대한치과교정학회 기획위원회 위원

 

교정 치료에 있어서 DBS(Direct bonding system, 직접 부착 방법)의 도입은 치료 방식에 커다란 변화를 가져오게 되었다. 치아 하나 하나 밴딩(banding)을 한 채 교정 치료를 받는다는 것은 환자입장에서도 쉽지 않은 일이었고 교정 의사 입장에서도 복잡하기가 이루 말할 수 없었다.

DBS가 가능할 수 있었던 것은 교정 치료에 복합 레진이 결합재로서 사용되기 시작하였고 또한 이러한 복합 레진의 성능 향상이 있었기 때문에 가능했다. 교정 치료에 사용되는 복합레진의 종류에는 powder와 liquid를 섞어 사용하는 방식, paste와 paste를 섞어 사용하는 방식, 광중합 방식 등이 있는데 초기에는 powder와 liquid를 섞어 사용하거나 paste와 paste를 섞어 사용하는 방식의 복합 레진이 많이 사용되었다.

광중합 방식의 복합 레진은 상대적으로 높은 가격과 다른 방식의 복합 레진보다 긴 중합시간 등의 여러 가지단점으로 각광을 받지는 못하였으나, 최근 들어 최신 광중합기의 발달로 많은 단점들이 극복되어 많이 사용되고 있다.
치과용 광중합기는 복합 레진에 함유되어 있는 initiator(기시제)를 활성화시키는데 이 때 free radical(자유 라디칼)이 생성되어 가시광선 중합형 복합레진이 중합반응을 일으키게 된다. Initiator(기시제)로서는 Camphoroquinone(CQ) 또는Pheyl propane diamine(PPD)이 이용되는데 이러한 photoinitiator(광기시제)의 흡수 영역이 광중합기의 파장 스펙트럼과 비슷하다.

현재 상용되고 있는 광중합기의 광도는 보통 300~2000㎽/㎠이지만 제조회사가 제시하는 광도와 실제 광도와는 큰 차이를 보이는 경우가 많으며 오랜 기간 사용하게 되면 광도의 저하가 일어나기 때문에 주기적인 광도의 측정이 요구된다. 광도의 측정은 광중합기에 부착되어 있거나 별도의 광도측정기에 의해 이루어진다.
현재 많이 사용되고 있는 광중합기의 종류에는 할로겐 램프 방식, LED(Light Emitting Diodes) 방식, Plasma 방식 등이 있는데 각각의

특징 및 장단점을 하나하나 살펴보기로 하자.
먼저 할로겐 램프 방식의 광중합기는 비교적 저렴하고 가장 많이 사용되고 있다. (그림 1)

<그림 1> 할로겐 램프 방식 광중합기

할로겐 램프 방식의 광중합기는 필라멘트의 전기 저항에 의한 할로겐 램프를 이용하여 빛을 발산한다. 할로겐 램프의 발광 스펙트럼은 390~520㎚으로 비교적 넓으며 광도는 450~600㎽/㎠ 정도를 나타낸다.
일반적으로 교정용 브라켓을 한 개 부착하는데 중합 광도가 낮아 20~40초의 긴 시간이 소요되기 때문에 악궁 전체의 브라켓을 다 부착하는 데에는 이론적으로 4분~7분 정도의 오랜 시간이 소요된다.

하지만 실제 임상에서는 브라켓의 탈락을 방지하기 위해 브라켓 한 개를 중합하는데 브라켓 상부에서 20~40초 1회만 중합하는 것이 아니라 브라켓의 상하 좌우 각 면에서 각각 20~40초 씩의 중합을 실시하기 때문에 실제 브라켓을 전체적으로 중합시키는 데에는 15분에서 20분 정도의 시간이 소요된다. 이처럼 긴 chair time 때문에 과거에는 광중합형 레진보다 자가 중합형 레진이 더 선호되기도 하였다.
또한 투입되는 에너지가 빛에너지로 전환되는 정도인 ECE(energy conversion efficiency)가 1% 내외이기 때문에 상당한 열이 발생한다.

따라서 냉각팬이 내부에 장착되어 있는 경우가 많다. 중합 도중 발생하는 과도한 열 또한 할로겐 램프 방식 광중합기의 큰 단점이 된다.
그리고 할로겐 램프 방식의 광중합기는 오랜 기간 동안사용하게 되면 광도가 많이 감소하게 되는 단점이 있다. 실제로 개원의가 사용하고 있는 광중합기의 실제 광도를 측정한 연구들에 의하면 적게는 46%에서 많게는 90%에 이르기까지 300㎽/㎠ 이하의 광도를 가진 광중합기를 사용하고 있는 것으로 조사되고 있다.

많이 사용되고 있는 또 다른 방식의 광중합기에는 LED( Lignt Emitting Diodes )방식이 있다. 최근 사용되는 LED 방식의 광중합기는 반도체를 이용하여 빛을 생성한다. 제품에 따라 7~19개의 LED를 가지며 이에 따라 다양한 광도차를 보이게 된다.
복합 레진을 중합하는데 있어 각 층당 3~40초의 중합시간이 요구된다. ECE(energy conversion efficiency)가 10% 내외로 다른 형태의 광중합기에 비하여 상당히 효율성이 높으며 열발생이 적어 냉각이 필요 없다.

현재 LED 방식의 광중합기의 광도는 여타의 광중합기에 비하여 높지 않은 단점이 있다. 미국치과의사협회지에 의하면 복합 레진의 종류에 관계없이 LED 방식의 광중합기는 할로겐 방식의 광중합기의 중합 정도에 못 미치는 것으로 나타났다. 하지만 교정 영역에서는 레진의 용도가 수복을 위한 것이 아니고 임시적인 브라켓의 접착을 위한 것이기 때문에 임상적으로 크게 문제가 되지는 않는다고 행각한다.
LED 방식의 광중합기의 발광 스펙트럼은 440~490㎚로 비교적 좁으나 유효 파장의 최대치가 Camphoroquinon(CQ)의 흡수 파장과 거의 일치하여 효과적인 중합이 가능하다.

LED 방식의 광중합기의 장점은 시간 경과에 따른 광도의 저하가 없어서 수명이 길다. 또한 전원을 공급해 주는 코드가 없어(cordless) 이동이 편리하고 할로겐 램프 방식에 비해 넓은 부위의 조사가 가능하다.
Kerr社에서 출시된 L.E.Demetron II?는 빠른 중합 시간의 특징을 갖는 상품으로 LED 방식의 광중합기 중 많이 사용되는 상품이다

<그림 2> LED 방식의 광중합기

L.E.Demetron II? 는 완전히 충전되고 나면 하루 종일 사용할 수 있으며 핸드피스 위쪽의 모드 선택 (mode select) 버튼을 누르고 핸드피스의 방아쇠를 누르면 작동하게 되어 있어 사용하기에 아주 편리하다.

또한 큐어링 모드를 조절하여 원하는 중합 시간을 선택할 수 있는데 5초, 10초, 20초의 중합 시간이 있다. 4번 버튼을 누르면 sleep 모드가 되고 모드 버튼을 다시 누르면 핸드피스가 다시 작동하게 된다. 그리고 일단 큐어링 모드가 완전히 되면 핸드피스는 대략 8.5초 정도 활동 상태로 남아있게 되는데 8.5초가 지나면 전력을 아끼기 위해 자동으로 sleep 모두로 들어간다.

중합이 대략 3~5분 정도 지속될 만큼의 전력이 남아 있으면 LED가 노란색이 되면서 ‘삑’하는 경고음이 나는 배터리 부족 알림 기능이 있으며 배터리가 완전히 방전되면 빨간 불이 켜지는데 그러면 배터리 팩을 갈아 주어야 한다.
라이트 가이드 팁은 autoclave를 할 수 있으며 50번 정도의 auticlave후에는 갈색이나 회색으로 변색되는데 이때에는 팁을 교체해 주어야 한다.
불리한 중합 광도를 보상하기 위해 중합 시간을 조금 길게 해주고 브라켓의 4면에서 골고루 중합시켜 준다면 사용 편리성이나 이동성이 뛰어나 교정 영역에서 아주 유용한 광중합기가 될 수 있을 것이다.

마지막으로 많이 사용되는 광중합기는 plasma 방식의 광중합기이다.

Plasma 방식의 광중합기는 xenon 가스 내에서 두 전극의 스파크에 의한 빛을 사용한다. 발광 스펙트럼은 할로겐 램프 방식과 비슷한 380~520㎚ 의 넓은 파장영역을 가지고 있으며 430~468㎚의 필수 영역에서 최고의 intensity를 갖는다. 또한 1300~2000㎽/㎠의 고광도의 빛을 발산할 수 있어 복합 레진의 중합 시 각 층마다 1~3초의 중합이 가능하다.
이렇게 초단시간의 중합이 가능하기 때문에 진료 시간의 효율성을 극대화 할수 있는 큰 장점이 있다.

하지만 할로겐 램프 방식이나 LED 방식에 비하여 대단히 비싸다는 단점이 있다. 또한 ECE(energy conversion efficiency)가 1%에도 훨씬 못 미치고 발광 기전에 따른 약 2,700°C의 고열이발생하여 특수한 냉각장치가 요구된다. 고광도로 인한 빠른 중합이 가능하지만 fiber optic tip으로부터 전해지는 열이 상당하다. 치수온도 변화측정 실험에 의하면 이러한 열은 잔존 치질 0.5㎜ 를 남기고 1㎜ 두께의 글래스아이오노머 시멘트를 이장한 후 5초간의 광조사였음에도 불구하고 약 5.5°C 이상의 치수온도 상승이 나타났다. 또한 plasma 방식의 광중합기는 급속한 중합으로 중합수축이 심해져서 복합레진 수복물의 변연에서 누출이 발생한다는 연구도 있다. 하지만 교정 영역에서는 이러한 중합수축으로 인한 변연 누출 문제는 그다지 큰문제가 되지 않는다고 생각된다.

로벨코리아社의 FLIPO? 는 대표적인 plasma 방식의 광중합기로 현재 많이 사용되고 있다(그림 3).

<그림3> plasma 방식의 광중합기

FLIPO는 구조상 Cermax라는 고가의 램프를 사용하여 고속 중합이 가능하며 열 발생을 차단하며 높은 강도의 xenon 가스를 더 많이 함유할 수 있다.
이미 설명한 바와 같이 plasma 방식의 광중합기는 380nm~520nm의 넓은 파장 영역을 가지면서도 최적의 power intensity를 보유하고 있다. 그렇기 때문에 시판중인 거의 모든 레진 및 본딩 제품의 중합이 가능하며 최고 조사 깊이는 3.6mm 에 이른다.

FLIPO의 중요한 장점 중에 하나는 장기간 사용 후에도 비축하고 있는 파워와 파워 조절 jumper를 통해 파워 업그레이드가 가능하다는 것이다. 또한 필라멘트 단선 때문에 할로겐 램프는 주기적 교체가 필요하지만 FLIPO?는 순수한 xenon 가스가 충전되어 있고 필라멘트 구조가 아니기 때문에 반영구적으로 사용될 수 있으며 장기간 사용 후에도 적절한 광도를 지속적으로 유지시켜 줄 수 있다.
FLIPO?의 tip은 용도에 딸 다양하게 사용이 가능해서 광중합용으로 뿐만 아니라 미백 시스템에도 사용될 수 있다. 미백 기능 강화형으로 제작된 크리스탈 bleaching tip은 빛의 손실을 최소화하고 균일한 빛 조사가 가능하여 최적의 미백효과를 얻을 수 있다. 또한 tip은 마그네틱 스타일로 착탈이 용이하며 autoclave가 가능하다는 장점이 있다.
그리고 인체에 유해한 불필요 파장 영역과 열을 차단하는 mechanical, optical 두 종류의 필터가 있어 장비의 안정성 및 안전성을 가져 온다.

Light guide는 저가의 광섬유 다발의 경우 시간이 경과함에 따라 파손되어 주기적 교체를 요하지만 FLIPO?는 liquid가 내장된 light guide를 채택하여 반영구적이다.
FLIPO?의 가장 큰 장점은 강력한 plasma xenon lamp를 사용하기 때문에 할로겐 램프나 LED 방식과는 비교되지 않는 강력한 에너지로 3초 정도의 광조사로 레진을 중합할 수 있다는 점이다. 광중합기 비교 연구에 의하면 할로겐 램프 방식 광중합기 사용시에 비해 15~25배의 시간의 효율성을 높인다고 보고되어 있다.

Plasma 방식의 광중합기가 가진 단점인 중합수축을 보상하기 위해 FLIPO?는 5초 모드에서 점등 후 2초간은 50%의 광량으로 전체를 중합하고 나머지 3초 동안 풀 파워로 중합하도록 설계되어 있다.
또한 bleaching 시에는 진료의 안전성을 위해 55~60°C를 초과할 경우 치수염증 및 술 후 지각과민 등의 부작용을 유발할 수 있기 때문에 bleaching 모드에서는 55°C 의 열이 빛과 함께 1분 동안 가해지도록 자동 설정되어 있다.

대한치과교정학회지에 의하면 plasma 방식의 광중합기를 이용하여 3초 정도의 초단시간 동안의 중합을 통해 브라켓을 부착했을 때 전단 결합 강도가 할로겐 램프 방식에 비해 전혀 뒤지지 않음이 입증되었다. 또한 할로겐 램프의 경우 브라켓의 4면에서 골고루 중합시켜야 적절한강도를 얻을 수 있는 반면 plasma 방식은 브라켓 바로 위에서 광조사하여도 결합 강도에서 떨어지지 않음이 입증되었다. 즉 임상에서도 브라켓 하나당 순수하게 3초 정도의 중합 시간으로도 충분한 강도를 얻을 수 있다는 것이다(그림 4).


<그림 4> FLIPO? 사용시 중합 시간에 따른 결합강도

FLIPO?의 가장 큰 단점은 할로겐 램프 방식이나 LED 방식의 광중합기에 비해 비교할 수 없을 정도로 고가라는 점이다. 하지만 초단기간의 중합시간으로 인한 진료 시간의 효율성 극대화는 이러한 단점을 충분히 극복할 수 있으며 브라켓 본딩 시 환자가장시간 누워있을 경우 환자의 지루함과 불편함의 극복, 브라켓 위치 결정과 중합 동안의 브라켓의 미세 이동에 의한 치료의 부정확성, 브라켓의 부정확한 위치 설정 및 부착에 따른 재 부착 및 재 진료작업 등의 방지 등이 가능해질 수 있다.

이러한 모든 점들을 고려해 보건대 plasma 방식의 광중합기는 고가의 비용임에도 불구하고 많은 장점이 있으며 치과 교정 영역 광중합기를 대표할 수 있는 많은 장점을 가지고 있다고 생각이 든다.
이상 현재 시중에서 많이 사용되고 있는 대표적인 광중합기에 대해 알아보았는데 각기 장단점을 가지고 있는 것으로 파악된다. 광중합형 방식의 레진은 광원에서 빛이 조사되지 전까지는 레진의 중합이 시작되지 않기 때문에 브라켓 위치 설정 및 부착에 능숙하지 않거나 시간이 오래 걸리는 술자에게는 매우 유리한 결합재가 될 수 있으며 LED방식이나 plasma 방식의 광중합기가 도입되기 전에는 너무 과도한 중합 기간이 필요했기 때문에 술자로부터 외면받기도 했지만 이제는 그러한 단점들이 많이 극복되어 앞으로 교정 영역에서 더 많이 사용되리라 생각된다.

광중합기는 어떤 종류의 광중합기를 선택하는 것보다는 어떻게 처음 그대로의 광원을 유지하고 있느냐가 더 중요할 수 있다. 따라서 적절한 광도를 유지하기 위해 적어도 1년에 한 번 정도는 광도를 측정해야 할 것이며 만약 적절한 광도가 나오지 않는다면 부품을 교체하던가 중합기 자체를 교환하던가해야 할 것이다.

교정 영역에서 광중합기를 선택할 때에는 일반 치과에서 수복물 중합의 용도로 선택하는 것
과는 조금 다른 기준이 적용되어야 하는데 자신의 치과의 실정에 맞게, 환자가 얼마나 많은지, 어떠한 용도로 사용할 것인지에 따라 가장 적절한 광중합기를 선택하여야 할 것이다.


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