[비즈월드] 치과용 임플란트는 이식된 인공치아를 지칭한다. 이를 시술하는 과정은 상실된 치아의 치근을 대신하고, 인공치아를 치근에 고정시키는 과정이다. 또 고정된 인공치아는 치아의 기능을 회복하는데 사용된다.

통상적으로 치과용 임플란트는 치아가 상실된 부위에 생체 적합성을 가지고 이식된 티타늄 재질의 임플란트 고정체 및 그 상부에 인공치아인 보철물이 고정된 구조체이다. 

또 티타늄 재질의 임플란트 고정체는 스크류의 형상을 가지고 치조골에 고정된다. 

인공치아인 보철물은 다양한 재질을 가질 수 있으며 세라믹 또는 내화학성을 가지는 합금이 사용된다. 

다만, 기존의 치과용 임플란트는 잇몸이나 구강 내에 염증이 발생할 경우, 이를 방지할 특별한 수단을 가지지 못한다. 

즉 내부에 신경이 형성되지 않는 자명한 이유로 인해 염증의 초기 단계에서 이를 감지하고, 적절한 치료를 수행할 수 없는 단점이 있다. 

특히 구강 내의 염증은 심화되지 않은 상태에서는 육안으로 확인할 수 없으며, 혈액의 유출 등의 외관적 증상을 통해 감지할 수 있을 뿐이다. 

게다가 치아의 프라그 주변 세균들로 인한 염증은 잇몸까지 염증이 확산된 후에 인지하게 된다.

이에 구강 내 임플란트 주변을 관리하고 염증을 조기에 진단하여 치료 효과를 높일 수 있는 새로운 임플란트및 이의 동작방법이 요청되고 있다.

이런 가운데 광주과학기술원(이하 광주과기원)이 임플란트를 통해 구강 내 치석과 염증까지 체크할 수 있는 기술을 개발해 관심을 끌고 있다.  

바로 2018년 11월 2일 출원(출원번호 제1020180133696호)해 지난 8월 28일 등록(등록번호 제102151792호)을 받은 ‘센서를 구비한 임플란트 및 이의 동작방법’ 특허가 그것이다.

광주과기원 연구진은 해당 발명에 대해 “본 발명은 치과용 임플란트 및 이의 동작방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 치아 또는 구강 내의 염증 등 생체신호를 감지하고 이를 관리할 수 있는 센서를 구비한 임플란트 및 이의 동작방법에 관한 것이다”라고 설명했다.

해당 발명에 따르면 치아 또는 구강 내의 치석, 염증 및 생체신호 등을 감지하고 이를 관리할 수 있는 센서를 구비한 임플란트 및 이의 동작방법이 개시된다. 

이는 고정부에 형성된 나사산 표면에 발광부 및 센싱부로 구성된 검출 센서를 구비함으로써 구강 조직에 형성된 치석 및 염증 정도를 실시간으로 확인할 수 있으며, 다양한 생체신호 획득이 가능하다. 이를 통해 치석 및 염증의 초기 단계에서 이를 검출, 초기에 치료를 수행할 수 있기 때문에 치료 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.

이 특허 발명을 위해 연구진은 ‘치아 또는 구강 내의 염증 등을 감지하고 이를 관리할 수 있는 센서를 구비한 임플란트를 제공’하는 제1 기술적 과제와 이 과제를 달성하기 위한 센서를 구비한 임플란트의 동작방법을 제공하는 제2 기술적 과제로 연구에 접근했다.

먼저 제1 기술적 과제 해결을 위해 고정부는 골밀도가 높고 치밀도가 높은 치밀골을 통과해 골밀도가 낮은 해면골까지 관통해 이식되도록 했다. 이는 현재 임플란트 시술과 같은 방식이다. 고정부는 자연치아와 달리 골조직에 직접 이식되므로 반영구적 사용이 가능해진다. 또 고정부의 상부는 고정홈이 형성된다. 고정홈을 통해 연결부는 고정홈에 장착되고, 탈착이 가능하도록 했다.

특이한 것은 고정부의 표면에는 치석 및 염증을 검출하는 검출 센서가 구비되도록 했다는 것이다. 검출 센서는 발광부및 센싱부로 나뉜다. 

발광부는 적어도 하나 이상의 빛을 내고 센싱부에는 구강 조직인 치밀골, 해면골 및 잇몸에 조사되는 광이 반사되어 입사되도록 했다. 구강 조직에 입사되고 반사되는 광은 구강 내의 증상 또는 치석의 여부에 따라 특정 파장에서의 광의 강도가 변경되는 특징을 가진다. 치석을 센싱하는 청색광, 염증을 센싱하는 적색광 및 생체정보를 센싱하는 적외선광을 포함하는 센서가 그것이다. 이를 통해 치석 여부, 염증 여부 및 생체정보를 판단하도록 했다.

임플란트 몸체에는 검출 센서의 신호를 수신하는 복수개의 배선들이 형성된 연결부 및 상기 연결부 상부로 인입되어 상기 검출 센서에 필요한 동작 전원을 형성하고, 연결부의 신호를 수신해 외부로 전달하는 헤드부를 포함하는 센서를 구비하게 된다.

임플란트 위쪽의 헤드부는 검출 센서로 인가되는 전원을 생성하는 전원부와 검출 센서에 의해 센싱된 신호를 외부로 전달하는 통신부와 연결되도록 했다.

통신부는 검출 센서에 의해 센싱된 신호를 변조해 외부로 송신하기 위한 송신기와 송신기의 신호를 입력받아 외부로 전달하는 안테나를 포함하도록 했다.

통신부는 솔레노이드 타입의 코일 형태를 갖는 안테나와 연결되고, 공진을 발생시키기 위한 공진 커패시터가 외부에 신호를 전달하기 위한 태그 칩과 연결되도록 했다.

또 코일은 안테나, 공진 커패시터와 함께 헤드부 내에 배치되되, 코일의 중심축이 사용자의 뺨 또는 휴대폰을 향하도록 배치될 수 있도록 했다.

이런 장치들에 전력을 공급하는 전원부는 RFID 구성을 가지고, 외부로부터 수신된 전자기파를 내장된 코일 안테나에 의해 교류 전압을 생성하는 전원 수신단 및 전원 수신단으로부터 수신된 교류 전압을 직류 전압으로 변경하는 정류부를 포함하도록 했다.

검출 센서의 동작에 필요한 전원을 무선으로 전송하고, 상기 검출 센서에서 센싱된 신호를 수신해 분석하는 제어부도 포함시켰다. 

이렇게 모아진 구강내 건강 정보들은 통신부를 통해 신호 수신부에 감지 신호를 전달하면, 신호 수신부에서 수신된 감지 신호는 분석소프트웨어를 통해 광의 강도(Intensity) 또는 파장에 대한 분석을 실시하고, 분석된 데이터를 PC 또는 휴대 단말기에 업데이트해 주기적으로 측정 수치를 저장할 수 있도록 했으며 구강 내의 치석의 유무 및 정도와 염증의 발생을 실시간으로 확인할 수 있도록 했다.

염증반응이 있을 경우 염증이 없는 부위에 비해 혈류량이 증가하기 때문에 등흡수점에서의 파장의 흡수도를 측정하면 염증의 정도를 확인할 수는 방식이다. 또 두 개의 파장을 이용해 HbO2 및 HbR 둘 다 측정하면 단순히 혈류량 정보뿐만 아니라 산소포화도 정보도 획득할 수 있기 때문에 염증을 검출함에 있어 정확도를 더욱 높이도록 했다.

노화나 사고 등의 이유로 본래 치아를 잃게되면 임플란트를 하는 것이 현재로서는 가장 권장되는 방법 중 하나다. 그런데 이 임플란트가 또다른 구강 내 질환을 예방할 수 있는 방법이 된다면 수많은 임플란트 환자들에게 희소식이 될 것으로 예상된다.