Horizontal ridge augmentation using autogenous block grafts and GBR(guided bone regeneration) technique with collagen membranes: a clinical study with 42 patients
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Horizontal ridge augmentation using autogenous block grafts and GBR(guided bone regeneration) technique with collagen membranes: a clinical study with 42 patients
  • 오세경 기자
  • 승인 2009.07.27 14:32
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Horizontal ridge augmentation using autogenous block grafts and GBR(guided bone regeneration) technique with collagen membranes: a clinical study with 42 patients

 

Thomas von Arx
Daniel Buser
Department of Oral Surgery and Stomatology
School of Dental Medicine
University of Berne
Switzerland

부족한 치조골 부위의 수평적 치조증대는(horizontal ridge augmentation)은 임플란트 식립과 동시에 시행하거나 임플란트 시술 전 staged approach로 수행하기도 한다. 이 두 가지 술식을 선택하는 기준은 올바른 임플란트 식립을 위해 필요한 잔존골의 양, 초기 임플란트 안정도를 부여할 수 있는 골밀도, 임플란트 주위 골의 결손부의 형태학적 고려 등이다. 심미적인 부위에서는 부가적으로 치은부 biotype과 lip line의 level정도가 추가적으로 고려해야 하는 요인이 된다.
수평적 치조증대술이 이루어지는 통상적인 부위는 상악 전치부(심미성을 요하는)와 하악 구치부가 된다. 외상성 치아소실은 대부분 사춘기나 청년기의 환자들에게 나타나고 상악 전치부의 골 부족을 야기하는 반면, 노년기의 환자들에게서는 신경치료나 치주질환으로 인해 조기 치아소실 후에 장기간에 걸친 narrow ridges의 소견을 가진 하악골 퇴축으로 나타난다.

부족한 임플란트 공여부의 골량을 증대하기 위해 온레이나 비니어 graft, ridge splitting, bone condensation등의 다양한 수술법이 기술되어 왔다. 가장 보편적인 술식은 grafting법으로 멤브레인을 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우가 있다. Autogenous block graft와 bioinert한 expanded polytetrafluoroethylene(ePTEE) 멤브레인을 사용한 horizontal ridge augmentation은 좋은 임상예후를 나타내는 것으로 많은 임상에 보고되어 왔다(Buser et al. 1993,1995,1996). 한편, 골이식재의 표면을 보호하지 않은 상태에서는  표면의 흡수를 야기하고  ePTFE 멤브레인을 사용하면 골 흡수를 최소화할 수 있다는 연구가 발표되기도 했다(Widmark et al. 1997; China pasco et al.1999; Antoun et al.2001; won Arx et al.2001). 그러나 ePTFE 멤브레인의 사용은 몇 가지 단점을 가지고 있다. 즉, hydrophobic membrane의 취급과 고정이 어렵다. 또한, 절개와 플랩 매니지먼트가ement가 어렵고, membrane exposure가 wound dehiscence의 위험요소를 가져 시술부위의 감염 등으로 나타날 수 있다(Augthum et al.1995;Chiapascoet al.1999). 따라서 임상가나 연구가들은 1990년 중반부터 대안으로서의 차단용 멤브레인을 찾기 시작했다.

이후 10여년이 지난 현재는 각종 실험과 임상경험이 축적되어 collagen 멤브레인을 중심으로 생화학적으로 흡수되는 멤브레인이 이러한 단점을 극복할 수 있는 재료로 등장했다. 그러나 차단기능과 흡수성 멤브레인이 흡수되지 않고 견딜 수 있는 내구성의 격차가 매우 커서 차단제로서의 기능은 몇 주에 국한되었다.

이와는 대조적으로, anorganic bovine bone mineral(ABBM)은 bony defects내에 사용되거나 onlay graft로 사용된 후에도 흡수되지 않음을 나타냈다. 따라서 이러한 골 대체물질들은 autogenous bone grafts와 일부 제한적인 차단기능을 갖고 있는 collagen membranes과 함께 사용하는 것이 적절한 것으로 여겨졌다. 본 임상 논문의 목적은 ABBM 입자와 collagen 멤브레인을 함께 조합, 적용하여 autogenous block graft의 표면 흡수가 발생하지 않도록 보호하는 역할을 하는 방법을 분석을 분석하고자 한다.

재료와 방법
본 논문에서는 42명의 환자(남성 19, 여성 23, 중간나이 34, 17~75의 연령분포)를 대상으로 실시되었다. 환자들에게는 시술과정과 시술 선택에 대한 정보를 충분히 통보하였다. 주요 고려 기준은 horizontal plane (?4mm)에서 치조정의 심각한 퇴축이 있거나 또는 high lip line을 가진 심미적 부위에서 crest width ? 5mm 등이었다. 시술 전 분석은 전신적으로 완전한 병력, 임상 및 방사선 검진등의 검진과 함께 임플란트 시술부위에 대한 철저한 분석이 포함된다. 단면도(CT스캔으로 재조명)는 crest의 임상평가가 의문시될 때 시행했다.

Site preparation
환자는 진정법(Dormicum, Roche Pharma, Reinach, Switzerland)등의 intramuscular한 방법으로 premedication을 수행하고, centrally active한 마취제인 Trama, Grunenthal Pharma, mitloe야, Switzerland등과 함게 구강내 타액의 흐름을 떨어뜨리기 위해 atropin의 사전 처방을 시행했다. 처방 약제의 용량은 체중에 따라 조정되었다. 모든 환자들은 local anesthesia(Ultracain DS forte, Aventis pharma, Zurich,Switzerland)의 처방으로 진행되었고, 하악 구치부의 mid-crestal incision으로 구개측 절개를 시행하고, intrasulcular buccal과 palatal incision은 인접치아에서 vestibular divergent-releasing incisions등을 포함하였다. Full mucoperiosteal flap은 facial 및 palatal/lingual aspect에서 거상되었고 suture로 다시 봉합하였다. bony crest는 모든 연조직을 제거하기 위해  bony crest를 큐렛하였다. 잔존 crest폭은 0.5 밀리미터까지 한 쌍의 캘리퍼로 측정하였다(그림 3). 정확한 측정 위치를 결정하고자 template를 적용하지는 않았다. 측정은 향후 임플란트 식립부 정중앙에서 남아있는 crest의 가장 높은 부위에서 1mm아래를 측정하였다.  임플란트 식립기준은 single tooth gaps의 경우에는 식립부위는 인접치아의 가운데 거리에 해당하는 부위로, multiple tooth gaps이나 원심측 연장이 필요한 경우에는 site와 거리는 Belser et al.(2000)의 권유에 따라 결정하였다.  defect dimension은 치주프로브로 측정하여 block graft의 적절한 크기를 알기위해서 측정하였다. 수혜부의 혈관공급을 촉진하기 위해 bone marrow cavity에서 small round bur를 사용하여 facial cortex를 딴다.

Bone graft harvesting
필요한 bone block과 donor site anatomy에 따라 차이는 있지만, block grafts는 symphysis(환자 36) 또는 retromolar area(환자 6)을 통해 채집된다.

symphysis에서는 curved incision은 muco-gingival line아래에서 이루어지며, mucoperiosteal flap는 거상된다. block graft의 크기는 작은 라운더 버로 윤곽을 그린다. 드릴 홀을 fissure bur로 연결한 후, block graft는 유동적이 된다. block graft를 제거하기 전에 lag screws를 위해 1~2개의 gliding hole을 형성한다.  부가적으로 cancellous bone은 큐렛이나 커브형의 치즐을 사용하여 donor site에서 수집한다. retromolar부위에서는 trapezoidal flap을 거상하고 block graft를 유사한 방법으로 수집한다. 날카로운 bony edges는 부드럽게 하고, donor defect는 collagen(TissueCone E 또는 TissueFleece E, Baxter AG, Volketswil, Switzerland)으로 봉함했다. Primary wound closure는 mattress나 single interrupted sutures등으로 봉합했다.


Ridge augmentation
필요시, bone block은 살짝 defect site의 형태에 맞도록 해준다. spiral drill로 bone block fixation screws(GBR System, Straumann, Basel, Switzerland)의 hole을 residual palatal/lingual bone wall에 형성한다. 1~2개의 스크류(직경 1.5mm)를 사용하여 block graft를 안정화시킨다. bone block의 날카로운 모서리는 large diamond bur를 이용해서 갈아낸다. augmented crest폭은 다시 callipers(post-augmentation width)을 앞서 설명한 방법대로 측정한다. Block graft주변의 void는 cancellous bone graft또는 donor site에서 채집한 bone chips으로 채운다. ABBM 입자로 이루어진 graft(Bio-Oss, Geistlich AG, Wolhusen, Switzerland)는 시술부에서 채집한 혈액과 혼합한다. 혼합물을 applied block graft와 bone chips전체에 덮어준다. augmented site는 그 위에 collagen membrane(Bio-Gide, Geistlich AG)를 2장 겹쳐 사용하여 멤브레인의 안정도를 높인다. Periosteal-releasing incision을 하여 flap mobilization과 tension-free primary wound closure가 되도록 한다. wound adaptation을 single interrupted suture로 완성한다.

 

Medication and follow-up
Perioperative antibiotic prophylaxis는 통상 3-6일간 시행한다. 환자 역시 analgesics와 chlorhexidine digluconate(0.1%)를 화학적 플라그 콘트롤용으로 투여받는다.  Suture는 시술후 7-10일 경과후 제거한다. 가철성 임시수복물을 사용하여, 환자가 조심스럽게 임시수복물을 사용할 수 있도록 조치한다. Follow-up 검진은 환자가 다시 내원하여 임플란트 수술하기 전에 ridge augmentation 시술 후 3개월 및 5개월에 실시한다.

 

Re-entry
Flap outline은 1차 수술과 유사하나 vestibular-releasing incision 은 더 짧게, 그리고 수술접근부는 crestal부위에 한한다. mucoperiosteal flap elevation과 debridement후에는 healed crest width를 다시 한쌍의 캘리퍼로 (re-entry width)을 측정한다. Bone block 고정스크류는 제거하고, 임플란트 bed preparation과 임플란트 장착을 통상적인 술식법에 의거하여 시행한다(Buser & von Art 2000, Buser et al. 2004).

 

결론
42명 모든 환자의 조사가 완료되고 임플란트 장착시점에서 재 평가하였다. 총 58부위에서 augmentation이 이루어졌고, 잔존 치조부의 평균 폭은 3.06mm(0.5-5mm)를 보였다. augmented ridge부위의 평균폭은 8.02mm(6-10mm)였다.

Healing은 모두에게서 잘 이루어 졌으나 4명의 환자(9.5%)는 그렇지 못했다. 환자 한 명은 hematoma 가 필요한 절개가 subsequent wound dehiscence이었다. 3명은 시술시 wound margin의 긴장도 때문으로 추정되는 이유로 ridge augmentation후에 멤브레인 상에 작은
노출이 발생했다. 그러나 모든 부위는 정상적인 회복을 나타내었고, 자발적인 re-epithelization이 2-4주내에 이루어졌다.

ridge augmentation에서 re-entry 까지 평균기간은 5.8개월(4.5-13.5개월으로 후자의 경우, 1,2차 수술시 임신상태였다)이 걸렸다. re-entry시, healed augmented alveolar crest는 보통 7.66mm(6-10mm의 범위)를 나타냈다. 평균 측정된 측방 ridge augmentation값은 4.6mm이었다. block graft의 전체적으로 표면흡수는 최소화(0.36mm)를 나타냈으나 두 곳에서는 임플란트 식립시 작은 re-grafting을 필요로 했다.


Discussion
본 논문은 1996년에 발표된 바 있는 임플란트 식립 전에 autogenous block graft를 horizontal ridge augmentation에 사용한 것에 ePTFE 멤브레인을 복합적으로 적용한 임상연구자료이다. 종전의 시술 프로토골에서는 비흡수성 차단막(ePTFE)을 사용했다면, 현재의 연구에서는 block graft를 보호하기 위해서 비흡수성의 필러물질(ABBM 입자)을 collagen membrane과 함께 사용한 것이다. 과거의 증례에서 Buser et al.은 평균 crest의 폭값이 3.53mm로 보고되었으며, 현재는 4.6mm의 수치까지 도달되었다.

본 논문에서 기술한 흡수성 collagen membrane을 사용하는 테크닉은 시술테크닉을 매우 간단하게 해준다. 그러나, collagen membrane은 매우 단기간에만 차단막의 기능을 수행하므로, block graft는 다른 방법으로 표면흡수를 막도록 해야 한다. 최근의 임상비교연구에 따르면, Maiorana et al(2005), ABBM입자를 이용하여 block graft를 둘러싸는 방법의 장점에 대해 나타낸 바 있다. 이 연구에서 ABBM입자로 처리한 부위에서는 불과 9.3%의 흡수율을 나타냈고 반면 보호하지 않은 부위에서는 18.3%의 골 흡수를 나타냈다. ABBM입자를 사용한 보호막으로서의 기능은 아직 병리학적으로 조사되지는 않았지만, 실험적 연구에서는 이 골대체재를 골 결손부에 투입시 낮은 속도로 최소의 흡수를 보이는 것으로 나타났다.
ABBM입자를 alveolar ridge defect나 extraction sockets등에 투입했을 때 osseous integration에 관해서는 임상적으로 그리고 실험적으로 연구이견이 분분하다. 그러나 대다수의 연구 논문은 ABBM입자의 골결합력을 보고하고 있다. 임상연구에서는 ABBM 입자는 긍정적인 결과를 나타내고 있다, 특히, 소규모 크기의 임플란트 주위부 결손부에서 유용한 결과를 내는 것으로 보여지고 있다. 반대로, extraction socket에서는 ABBM 입자의 사용이 신생골의 형성을 제한한다고 알려져 있다.

그러나 현재까지의 연구로는 ABBM filler는 block graft보호에 사용되며, osteopromotion에는 사용하지 않는다. 필러입자는 block graft의 외부 cortical 부위에 사용되므로, block graft로부터 혈관공급이 없어 osseous integration을 기대할 수 없다. Re-entry에서는 ABBM 입자는 fibrous encapsulation를 나타내고, mucoperiosteal flaps이 제껴졌을 때 block graft에서 deflection된다.

그러나 원심 및 근심측상에서 block graft등의 periphery에서는 ABBM 입자는 종종 새로이 형성된 bone의 형태로 발견되기도 한다. 현재의 연구에서는 block graft의 표면 흡수는 겨우 7.2%로 Maiorana et al(2005)의 연구에서는 9.3%의 골 소실을 나타낸 것과 유사하다. 그러나 입증은 안됐지만 차단 멤브레인의 추가적인 적용으로 현재의 연구에 더 좋은 결과를 만든 것으로 생각할 수 있다. 즉, block graft의 표면에 추가적인 안정도 없이 particulate graft의 단순한 도포와 Maiorana의 연구에서 나온 것처럼 현재 collagen membrane을 사용하여 입자의 안정화를 강화한 테크닉간의 차이가 다른 결과를 야기했다고 볼 수 있을 것이다. 흡수율 17%는 onlay block graft가 vertical alveolar ridge augmentation한 경우 발생했다. 본 임상연구에서는 8명의 환자를 대상으로 ABBM 입자를 block graft상에 직접 사용하지는 않고 대신 periphery에만 적용했으며, 시술부위는 멤브레인으로 덮지 않았다. 흥미롭게도, 저자는 8명의 환자중 3명의 block graft 노출을 관찰했으며, 이 들 셋중 2에서 bone grafting이 3개월 후 발생했다.

Block graft의 membrane coverage 효용도는 여러 비교 연구에서 발표되었다. 그러나 저자는 비흡수성의 ePTFE 멤브레인을 평가하였다. Graft부위를 멤브레인으로 사용시, 0.3mm의 표면 흡수를 나타냈다(평균 초기 graft폭은 4mm=흡수율 7.5%). 반면, graft만 시행한 부위에서는 2.3mm(평균 초기 graft폭은 5.1mm=흡수율 45%)를 나타냈다. ePTFE 멤브레인의 단점은 멤브레인이 터진후의 감염으로 인한 것과 healing complication간의 상관관계에 의한 것이다.

Zitzmann et al(1997) 등은 임플란트 식립과 관련하여 non-exposed 멤브레인으로 처치된 부위와 비교해 볼 때 ePTFE 멤브레인으로 처치된 부위가 현저히 새로운 골 형성이 적었음을 증명했다. 이와는 달리, collagen 멤브레인으로 처치한 부위는 discemible tendency를 나타냈다. toward spontaneous healing following wound dehiscences.

Collagen site에서는 suture제거시 노출율이 16%로 6주후 검진에서는 9%로 줄어들었다. 반면, ePTFE 부위에서는 동 기간 exposure rate이 24%에서 44%로 증가하였다.

흡수성 멤브레인과 인간 fibroblast와 osteoblast는 collagen 멤브레인이 조직 증대에 직접적인 영향을 끼치고 있는 것으로 최근 보고되고 있다. 현재의 연구에서는 모든 멤브레인 노출 부는 2차 wound healing과 즉각적인 re-epithelialization에 의해 순조롭게 회복되는 것으로 보고되고 있다. 그러나 ePTFE 멤브레인은 반대로 wound dehiscence가 발생하여 infection으로 인해 결국 ePTFE 멤브레인의 조기제거를 야기하게 된다는 것을 보여주고 있다.

Conclusions
(1) Autogenous block graft와 ABBM 입자를 collagen 멤브레인과 함께 사용하는 조합은 성공적인 horizontal ridge augmentation을 만들어주며, 이는 특히, 무치악 환자등에게는 매우 효율적이고 매우 성공률이 높은 방법이 될 수 있다. 보통 4.6mm의 crest 폭경의 증가가 이루어졌다.

(2) 외과 수술과 회복기간은 낮은 합병증률로 구별할 수 있다. 연조직 열 개의 경우, 멤브레인내의 감염등의 징후는 나타나지 않았다.

(3) Collagen 멤브레인을 이용한 시술테크닉은 그 동안 임상연구가 많이 시행되어 온 bioinert ePTFE 멤브레인을 이용한 ridge augmentation 술식보다 훨씬 간단하다.

 

그림 1
심미적인 부위에 horizontal bone deficiency가 있는 trauma case. (a)facial bone contour에 표시된 concavity, (b) Block graft를 horizontal ridge augmentation으로 vertical 위치한 경우와 미래의 임플란트 부위의 convex recontouring함. (c) block graft를 anorganic bovine bone재료로 채운 모습 (d) Augmentation 부위를 collagen 멤브레인 2장으로 보호 (e) 시술후의 방사선 사진으로 고정 나사가 2개 보인다 (f) 고른 healing이 이루어졌고 vestibule의 새로운 vestibule의 convex profile이 보인다 (g) re-entry (약 6개월 경과후) (h) 수평적인 골 폭의 증대를 보여줌. (i) 임플란트를 올바른 위치에 식립할수 있었다. (j) 임플란트 숄더 부분이 인접중절치의 cemento-enamel 연결부에 살짝 근접해 있다. (k) 임플란트 식립후 17개월 경과후의 모습 (l) 임플란트 주위가 안정적일때의 방사선사진

그림 2
하악 구치부의 원심 연장 상황으로 칼날과 같은 얇은 두께의 ridge. (a) 절개후 드러난 매우 얇은 상태의 ridge (b) bone cortex를 small round bur로 갈아 출혈시켜 혈액이 marrow cavity내로 고이도록 함. (c) bone graft를 수집하고, 공여부를 고정나사로 고정등 (d) 혈액과 bovine 골이식재를 혼합하여 augmentation부위 전체에 채움. (e) collagen 멤브레인을 2겹으로 사용 (f) 2주후 시술부위는 회복됨 (g) ridge augmentation후 2주후 멤브레인 노출 (h) 수 주후 시술부가 회복됨. (i) 파노라마상의 시술부 (j) 멤브레인이 노출되었어도 block graft의 양은 충분하게 유지되어 있다. (k) 올바른 위치에서 충분한 vestibular를 받아 충분한 골폭으로 임플란트 식립이 가능하다. (l) 임플란트 시술후 17개월 후의 방사선 사진. 임플란트 주변의 골 상태가 양호함을 알 수 있다.

그림 3
Horizontal ridge augmentation과 골폭의 증가를 나타내는 모식도. (a) 잔존 ridge 폭을 flap을 제낀 상태에서 측정한다 (b) block graft고정후 augmentation ridge의 측정 (c) block graft주위의 공간은 autogenous bone과 block graft로 채우고 다시 이 위에 anorganic bovine bone 재료와 collagen membrane으로 덮어준다. (d) re-entry시에 회복된 ridge의 폭경등을 잰다.


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