I. 서론
CAD-CAM 방식의 맞춤 지대주(custom abutment)는 환자의 구강내 상황에 맞추어 형태를 재현할 수 있기 때문에 치은의 높이가 일정하지 않거나 경사지게 식립된 임플란트의 보철수복에 유리한 보철방식이다1. 좁은 폭경을 가진 하악 전치부나 협측으로 경사진 상악 전치부에서도 CAD-CAM 지대주는 임플란트의 식립각도를 보정하고 치아 및 치은형태를 심미적으로 재현할 수 있어 임상적으로 큰 도움이 된다1,2,3. 또한 CAD-CAM 지대주 환봉의 재료인 티타늄은 안정적인 연조직 부착과 점막장벽을 형성함으로써 연조직의 염증세포 발현이 적고 임플란트 변연골의 유지에 도움이 된다는 조직학적 실험결과 및 임상결과도 보고되고 있다4, 5.
보철과정의 편의성 때문에 CAD-CAM 맞춤 지대주는 임플란트 보철에서 사용빈도가 급증하고 있으나 이에 대한 어떠한 지침도 없이 사용되고 있는 경우가 많다. 따라서 임상적 부작용을 최소화 할 수 있는 CAD-CAM 맞춤 지대주의 제작과정 및 환봉선택의 측면에 관해 논의해 보고자 한다.
II. 본론
1. CAD-CAM 맞춤 지대주 제작과정에서 고려할 사항
CAD-CAM 맞춤 지대주를 제작하는 과정을 이해하면 임상에서 생길 수 있는 문제점을 이해하기 쉽다(Fig. 1). 디지털 인상으로 완성된 디지털 모형에서 CAD 프로그램을 이용하여 라이브러리에서 적절한 치관형태를 선택하고 이를 하방의 임플란트와 연결하여 지대주의 상,하 모양을 설계한다. CAM을 이용하여 CAD-CAM 지대주의 대략의 형태를 밀링한다. 이후 연마와 세척을 거친 후 공급되기도 하고 치은색조를 위해 양극산화 과정을 이용하여 황금색을 피복하는 경우도 있다. 이 때 밀링할 티타늄은 환봉 형태로 이를 밀링 머신에 고정하여 밀링하게 된다.
Fig. 1
Fabrication process of the CAD-CAM abutments. (A) Designing the CAD-CAM abutment and (B) after milling. (C) Hex and non-hex abutments and (D) after polishing. (E) Polished abutments and (F) gold-coated abutments.
Kyung-Ho Ko et al. : Considerations for Fabrication of CAD-CAM Abutments: Part I. Selection of Titanium Block and Fabrication Process. Implantology 2019
환봉선택은 지대주의 질에 큰 영향을 끼친다. 환봉은 티타늄을 연결부까지 밀링하는 방식과 연결부가 미리 제작되어 있는 것을 선택하는 방식이 있다. 연결부까지 밀링하려면 밀링기구의 소모가 심하고 연결부 정확성이 불량하기 때문에 대부분의 기공소에서는 연결부가 미리 제작되어 있는 환봉을 사용하여 CAD-CAM 지대주를 제작하는 것이 일반적이다. 만약 연결부까지 밀링을 하는 경우는 기성 지대주와 같은 방식으로 하부를 밀링하는 임플란트 제조사에서 제작하는 CAD-CAM 지대주만이 신뢰성이 있다.
주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope. VEGA, TESCAN, Seoul, Korea)을 이용하여 육안으로 훌륭한 적합도와 가공상태를 보인 CAD-CAM 지대주의 적합도를 조사하였다(Fig. 2). 임플란트 연결형에 따라 가공상태 및 적합도의 차이가 있었는데, 외부연결형 임플란트는 임플란트의 상부보다 약간 넓게 가공되는 경향이 있었다. 과도한 가공보다는 최소가공이 향후 연마과정에 유리하기 때문이다. 내부연결형 임플란트는 지대주가 임플란트 안으로 들어가는 독특한 구조 때문에 적합도의 차이를 구별하기 어려우며 육안이나 SEM 관찰 시 우수한 적합도를 나타낸다. Morse taper 형(internal-butt) 임플란트는 내부접촉과 외부 접촉을 동시에 만족시키기 어렵기에 기성 지대주의 내부는 접촉되지 않고 butt 부분만 접촉하도록 제작하는데 사진의 CAD-CAM 지대주는 외부접촉이 잘 안 되는 형상을 보이고 있다. 육안으로 가공상태가 우수해 보여도 확대해서 보면 기성 지대주와 비교 시 불량한 가공상태를 나타내는 것이다. 또한 기성 지대주는 품질관리를 거치기 때문에 제품간 편차가 크지 않지만 개별 기공소에서 제작하는 CAD-CAM 지대주는 관리나 기계사용 등에 따라 편차도 크다.
Fig. 2
CAD-CAM abutment-implant assembly observation using scanning electron microscopy. (A and D) External connections; (B and E) internal connections; (C and F) internal-butt connection. (A–C) at a magnification of 50× and (D–F) at a magnification of 800×.
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연결부가 미리 제작되어 있는 환봉을 기공소에 공급하는 회사는 많으며 가격차이가 큰 데 비해 육안으로 그 차이를 구별하지 못하기 때문에 기공소에서는 호환된다고 주장하는 환봉을 구입하여 제작하는 경우가 많다. 이런 환봉들은 식품의약품안전처의 승인을 받은 환봉이기 때문에 큰 우려 없이 사용되고 있다. 환봉의 종류에 따른 차이를 주사전자현미경(VEGA, TESCAN)으로 촬영하여 그 차이를 비교해 보았다(Fig. 3). 그 결과 기성 지대주나 지대주를 생산하는 회사에서 제공하는 CAD-CAM 환봉에 비해 호환성 환봉을 사용하여 가공한 지대주의 가공상태는 기성 지대주보다 불량하였으며 호환 환봉을 이용하여 제작한 경우 거친 가공면과 부정확한 연결부 형태를 보였다. 심지어는 형태 자체가 기성 지대주에 비해 훨씬 단순하기 때문에 이를 사용하는 임상의들은 적합에 문제가 없다고 느끼며 사용할 수 있다. 하지만 기능을 비교한 논문을 보면 장기적 안정성은 보장하기 어렵다. 지대주의 안정성이 낮기 때문에 나사풀림이 생기기 쉬운데, 기성 지대주와 비교해 보면 나사의 풀림이 지르코니아 CAD-CAM지대주의 경우 48%, 티타늄 CAD-CAM지대주의 경우 36% 정도 원래 토크에 비해 감소한다고 한다6. CAD-CAM 지대주의 수직침하(axial displacement)를 조사해 본 저자의 연구에서는 나사유지형에 비해 2-3배 큰 하방침하를 나타내는 결과를 보였다7, 8. 즉, 지대주 자체의 적합도도 기성 지대주에 비해 좋지 않으며 이로 인해 더 큰 수직침하가 야기되고 나사풀림은 그 결과로 더 발생할 수 있다는 것이다.
Fig. 3
Observation of a fabricated CAD-CAM abutment using scanning electron microscopy at a magnification of 50×. (A, D, F) External connection; (B, E, G) internal connection; (C and H) internal-butt connection. (A–C) Prefabricated abutments and (D, E) CAD-CAM abutment fabricated with a titanium rod produced by the implant manufacturer. (F–H) CAD-CAM abutment fabricated with a compatible titanium rod. The prefabricated abutment exhibited the best structural integrity among all tested abutments. Milling of the upper part might be not as accurate as the lower part in the internal implant and the boundary (blue arrow) was clearly visible. In the internal-butt implant, the length and shape of the connections differed.
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앞서 설명했듯이 환봉선택에 따라서 지대주의 질이 결정될 수 있는데 환봉의 질은 개선요구가 많아지면서 점차적으로 개선되어 가고 있으나 지대주의 질적 수준은 기공소의 가공 및 마무리 수준에 따라서도 큰 차이를 보인다. CAD-CAM 지대주의 연결부는 기성 지대주와 비슷한 선삭공정이 적용되지만 연결부위 상부는 연결부와는 달리 더 큰 크기의 버를 이용하여 제작하기 때문에 추가적인 연마가 필요하다. 이 때 Figs. 2 and 3처럼 외부연결형 지대주의 최종적인 마무리가 부족하면 주변골에 대한 간섭으로 아예 장착이 안되거나 미묘한 장착불능 상태를 유발할 수 있다(Fig. 4). 장착이 완료된 Fig. 4B를 보면 지대주와 임플란트 사이에 미묘한 실금(slit) 같은 틈이 있거나 임플란트보다 수평적으로 훨씬 큰 지대주를 공급하여 장착을 방해하기도 한다(Fig. 4C-E).
Fig. 4
(A) Misfit in the implant-abutment assembly during the first connection process. (B) Implant-abutment connection status after 6 attempts, where a slight slit can be found in the #13 and 14 implants. (C) Abutment with wider diameter than the implant. (D) The removed implant-abutment assembly after cementation of SCRP. (E) Ground and polished abutment.
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반면 내부연결형 지대주는 Fig. 3의 파란 화살표와 같은 임플란트 연결부와 치은관통부의 경계선이 되는 부분이 임플란트와 접촉하는지 반드시 확인해야 한다. 내부연결형 임플란트는 임플란트 내면과 지대주 외면이 긴밀하게 접촉하는 힘에 의해 원추형 적합을 얻는데 CAD-CAM 지대주의 경계선이 임플란트 상부와 접촉하는 경우 내부연결형 임플란트의 내면 원추형 적합을 방해할 수 있다. 반면 접촉하지 않는 경우는 크게 나쁘지 않다. 오히려 경계부를 무리하게 연마하려 한다면 하방 원추형 부위를 침범하여 임플란트 연결부의 적합도를 훼손시킬 가능성이 생길 수도 있다(Fig. 5).
Fig. 5
Boundary interface between the upper and lower connecting parts produced by different milling processes. If this interface does not contact the implant top, it may not result in clinical problems.
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내부연결형이건 외부연결형이건 간에 임플란트와의 연결부나 접촉부는 절대 훼손하지 않아야 한다. 내부연결형 임플란트에서 접촉부를 과도하게 연마할 경우 수직침하는 기성지대주에 비해 더 많이 발생할 수 있으며7,8, 외부연결형 임플란트에서는 non-hex 지대주는 임플란트의 hex 모서리와 접촉을 해야 함에도 불구하고 접촉되지 않도록 가공되는 경우 유지는 오로지 나사의 전하중(prelaod)에 의존하게 되기 때문에 측방력에 대한 저항성이 약하며 추후 나사풀림의 원인이 될 수도 있다. 따라서 제공받은 CAD-CAM 지대주는 방사선 사진으로 수직적, 수평적 적합도를 반드시 확인하는 것이 좋다.
CAD-CAM 지대주의 마무리도 중요한데, 지대주 가공 후 표면에 잔류하는 입자를 제대로 처리하지 못할 경우 임플란트-연조직 계면의 염증반응과 변연골 소실을 유발할 수 있다9. 세척방법으로는 스팀분사, 초음파 세척, 아르곤 플라즈마 처리법 등이 있다. 스팀분사는 미세입자 제거에 비효율적이어서 박테리아 증식이 관찰되는 반면 초음파세척은 오염원 제거가 완벽하지 않으며 아르곤 플라즈마 처리가 가장 우수한 세척법이라고 한다9. 하지만 이를 제대로 갖춘 기공소는 거의 없으므로 Canullo 등10은 초음파세척 용액으로 항균성 세정제/아세톤/에탄올 등 3단계를 거치는 것이 안전하다고 하였다.
이상과 같이 CAD-CAM 맞춤 지대주 제작과정을 이해하면 각 과정에서 임상적으로 확인해야 할 사항을 알 수 있다. 즉, 적절한 환봉을 선택하는지 확인하고 가공 상에서 문제가 없는지 반드시 평가해야 하며 올바른 세척과정을 거치는지 확인하는 것이 필요하다.
2. 호환성 CAD-CAM 지대주 사용 시 고려사항
다양한 임플란트 시스템이 유사한 연결부를 공유하고 있다. 하지만 같은 11도 내부연결형이라고 하더라도 회사마다 부품에 대한 공차(machining tolerance) 설정값이 다르며 나사길이도 다르다. Fig. 6을 보면 지대주가 서로 호환되는 임플란트 시스템이라도 나사의 길이가 다름을 알 수 있다. 일반적으로 짧은 나사를 호환하여 사용하면 유지력이 감소할 가능성이 크고 긴 나사를 호환하여 사용하면 바닥간섭을 일으킬 가능성이 있다. 그러나 여러 회사의 환봉을 모두 갖추고 있는 곳은 드물며 호환되는 연결부를 가진 환봉으로 여러 임플란트 시스템의 CAD-CAM 지대주를 가공하는 것이 현실이다.
Fig. 6
(A) Patients visiting the hospital with a Dentis implant exhibiting a compatible connection with the Osstem implant. (B) Definitive treatment with a CAD-CAM abutment. (C) CAD-CAM abutments and screws. (D) Dentis implant screw on left and Osstem implant screw on right. Different screw lengths may interfere with abutment seating, resulting in an unstable screw joint.
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앞서 설명했듯이 내부연결형 임플란트는 국내 사용빈도가 가장 높지만 가공의 정밀성을 확인하기가 가장 어렵기 때문에 구조를 이해할 필요가 있다. 내부연결형 임플란트와 CAD-CAM지대주 연결의 안정성을 확인하기 위해서는 5가지 임플란트-지대주 복합체의 구조적 부분에 대한 고려가 필요하다. 5가지 부분에 대해 자세히 살펴보기로 하자(Fig. 7).
Fig. 7
Five interfaces of the implant-abutment assembly. (A) Interface between the screw head and abutment. (B) Interface between the abutment and inner implant surface. (C) Space under the abutment bottom. (D) Precise contact between screw the pitch and implant. (D) Space under the screw.
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1) 나사와 지대주 연결부
같은 11도 내부연결형이라도 회사에 따라 유지나사의 하단 모양이 다르며 같은 회사의 제품이라도 제조 시기에 따라 지대주 내면이나 유지나사의 하단 모양이 다르다(Fig. 8). 나사의 상부는 지대주 내면에서 적절히 지지되어야 하는데, 나사파절을 방지하기 위해 나사의 폭을 점차적으로 넓히는 추세이기 때문에 생산시기가 맞지 않는 나사를 사용할 경우 지지를 얻지 못할 수 있어 지대주의 연결 안정성이 문제가 될 수 있다.
Fig. 8
(A) Old and new screws of the Osstem implant. (B) Interface between the old screw head and abutment. (C) Interface between the new screw head and abutment. If a screw replacement is required, using screws from other manufacturers or screws from different production runs may not ensure the stability of the connection.
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임플란트 시스템에 따라 나사의 하단 형태가 똑같지 않은 경우가 많으며 나사풀림이 발생하였을 때 임플란트의 형태만 보고 나사를 선택할 경우 이는 큰 문제를 야기할 수도 있으므로 어떤 임플란트 시스템을 사용했는지 확인하고 가급적 그 회사의 나사를 사용하고 가급적 생산시기도 같은 것을 선택하는 것이 좋다.
2) 지대주와 임플란트의 접촉부
외부연결형 임플란트나 Morse taper형 임플란트는 부적합의 확인이 상대적으로 쉬운 편이나 내부에서 원추형 접촉을 이루는 내부연결형 임플란트는 접촉부를 확인하기가 어려워 정확히 몇 도의 경사각을 가지는지 확인하기 어렵다. 최근에는 내부연결형 임플란트의 내부 각도가 비슷하면 호환해서 사용하는 경우가 많다. 그러나 접촉부를 관찰해 보면 호환성이라 하더라도 접촉이 부정확한 경우가 있다(Fig. 9). 접촉부의 부정확성은 상부와 하부로 나눌 수 있는데 상부의 부적합은 하부만 접촉하는 경우로(Fig. 9A, C) 원추형 각도에 미세한 차이가 있어 초기 지대주 연결은 쉽게 할 수 있지만 장기적으로는 쐐기현상의 심화에 의한 수직침하의 가능성이 크다. 상부만 접촉하는 하부의 부적합은 흔하지 않으며 가공의 잘못이라기 보다는 연결의 잘못으로 지대주가 임플란트에 완전히 안착되지 않으며 임플란트 상부의 일부만 접촉하는 경우이다(Fig. 9 B, D). 이 경우에도 방치할 경우 수직침하를 유발할 수 있다. 따라서 적합 시 방사선 사진으로 원추형 실금(slit)이 있는지 확인하는 것이 좋다.
Fig. 9
Misfit between the implant and abutment. (A) Slight misfit of the upper part of the abutment using a stereoscope. (B) Slight misfit of the lower part of the abutment using a stereoscope. (C) Misfit in the upper part. (D) Misfit in the lower part.
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3) 지대주 하방 공간
내부연결형 임플란트의 경우 수직적 정지점이 없으며 자유롭게 침하되는 것이 특징이다. 하지만 한계 없이 수직침하되는 것은 아니다. 가장 큰 저항은 임플란트와 지대주의 면접촉인데 이러한 저항은 임플란트 상부체벽 두께가 클수록 효율적이다11, 12. 대부분의 임플란트는 수직침하를 고려하여 임플란트 지대주와 임플란트 내부 사이에 20 μm 정도의 간격이 있도록 설계한다. 하지만 CAD-CAM지대주와 임플란트의 원추형 접촉부를 짧게 가공하는 지대주를 사용할 경우 더 큰 침하가 발생할 수 있어 지대주 하방이 임플란트와 접촉할 수 있다. Cho 등13은 지대주 하방이 임플란트 정지점과 접촉할 경우 티타늄의 항복한계를 넘는 큰 응력이 발생할 수 있다고 하였다(Fig. 10). 따라서 지대주 하방에 침하를 허용할 수 있는 공간이 있는지 방사선 사진으로 확인하는 것이 필요하다.
Fig. 10
(A) When the distance between the lowest abutment segment and the implant vertical stop was 0 μm, the Von Mises stress at the implant vertical stop was extremely high (approximately 1500 MPa). At distances of 30 μm (B) and 60 μm (C), the stress distributions were nearly identical at the implant-abutment interface.
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또한 임플란트-지대주 복합체의 체결방식도 같은 내부연결형이라 하더라도 다른데 임플란트와 지대주가 한 부분에서만 접촉하는 것을 single engagement system(Astra, Osstem 등)이라고 하고 하부도 접촉하는 것을 double engagement system(Dentium, Neoplant 등)이라 한다(Part 2 논문 참조). 같은 내부경사각을 가지더라도 체결방식이 다른 지대주방식을 사용하면 원하지 않는 곳에서 내부접촉이 발생할 수 있기 때문에 사용한 임플란트에 대한 정확한 정보전달이 필요하다.
4) 나사 가공의 정밀성
임플란트 내면의 나사산과 지대주 체결나사의 나사산은 정확하게 맞으면 오히려 나사의 체결을 방해한다. 따라서 나사산의 윗부분이나 아랫부분 중 한 곳만 접촉하는 것이 정상이다(Fig. 11A). 하지만 회사마다 나사 가공의 정밀성이 다른데 (Fig. 11B), Choi14는 임플란트 시스템마다 나사의 모양, 접촉방식이 다르다고 하였다. CAD-CAM 나사의 가공정밀성은 좀 더 부정확한 편이다15. 나사가공의 정밀성은 임플란트 회사나 가공상황에 따라 달라지기도 하지만 같은 회사제품을 사용하는 것이 아니라 호환성 나사를 체결할 경우 더 문제가 될 수 있다. 장비규격이나 설정 및 가공기준점이 차이가 있기 때문에 나사산의 모양, 각도, 동심도 및 공차가 각 회사마다 다르기 때문이다. 동심도나 나사산 각도가 암나사와 수나사가 상이하면 호환성 나사는 풀림의 원인이 될 가능성을 배제할 수 없다(Fig. 12). Kim 등15은 CAD-CAM 지대주나사의 초기풀림토크가 기성 나사에 비해 유의하게 낮다고 하였다. 이와 같은 점을 고려하면 나사산의 모양이 일치하지 않을 호환성 나사는 가급적 사용을 자제하고 CAD-CAM 나사도 현재 생산되고 있는 제품과 동일한지 기공소에 확인하는 것이 필요하다.
Fig. 11
Screw precision observations performed using a stereomicroscope and scanning electron microscope. (A) The bottom part of the screw matches closely in ready-made abutment, while the top part is not touching. (B) The bottom and top parts of the screw in ready-made abutment are not touching at all. (C) Precision of the CAD-CAM screw. The gap between screws can be clearly visible.
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Fig. 12
Mismatch mechanism of the screw. (A) Difference in the angulation of the screw pitch from the milling method or tools. (B) Difference in the center of the sphere from a different reference point.
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5) 나사 하방공간의 간섭
호환성 CAD-CAM 지대주를 연결한지 얼마 되지 않아 보철물이 흔들린다고 내원하는 경우가 있다. 이는 대부분 나사 길이가 맞지 않는 제품을 사용하여 나사 하방공간에서 간섭이 생기기 때문이다. 예를 들어 Osstem과 Dentium 임플란트는 사용하는 나사의 길이가 다르다. 8.5 mm 이상의 임플란트에서는 바닥 간섭이 없지만 그 이하 길이의 임플란트에서는 나사공간을 적게 허용할 수 밖에 없어 임플란트 내면바닥에서 간섭이 발생할 수 있다(Fig. 13). Cochran 등16은 이런 경우에도 골수준에는 큰 문제가 없다고 하였으나, 이런 현상이 발생하면 내부연결형 임플란트의 platform switching에 의한 연조직의 봉쇄효과는 얻기 어렵기 때문에 골소실을 야기할 가능성을 배제할 수 없다. 실제 임상에서도 간섭으로 완벽하게 봉쇄되지 않는 경우 골소실이 발생하는 경우가 흔히 목격된다.
Fig. 13
In implants less than 7 mm long, the lower part of the screw contacts the inside of the implant. As a result, the healing abutment (A) or abutment (B) cannot be fully seated.
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단일치 수복에서는 보철물이 단기간에 동요도가 발생하기 때문에 바닥간섭으로 인한 나사풀림을 인지할 수 있지만 다양한 길이의 다수 임플란트를 연결하여 제작한 경우 임상의가 바닥간섭으로 인한 나사풀림을 알기 어려우며 장기적으로 문제가 발생할 수 있다. 따라서 하방공간의 간섭이 있는지는 방사선 사진을 통해 인접 임플란트 하방 공간의 동일성을 확인하여 판단하는 것이 필요하다.
이상과 같이 5가지 임플란트-지대주 복합체의 구조적 부분에 호환성 부품을 사용할 때 발생할 수 있는 문제점을 살펴 보았다. 결론적으로 임플란트 생산회사가 아닌 곳에서 생산되는 호환성 지대주는 다양한 원인으로 체결안정성이 불량할 가능성이 높으며 기공소에서 가격경쟁력만 따져 구매한 제품일수록 그 위험성은 더욱 증가한다고 추측할 수 있다.
Ⅲ. 결론 및 요약
CAD-CAM 지대주는 임플란트의 식립각도를 보정하고 치은깊이나 형태에 관계없이 제작할 수 있어 편리한 지대주 제작방식이므로 점차 사용이 늘고 있다. 하지만 제작과정을 이해하고 적절한 환봉을 선택해야 하며 기성 지대주에 비해 적합이 불량할 가능성이 있으므로 제작과정이나 연결과정을 세심하게 확인해야 한다. 임플란트 제작회사가 아닌 호환성 지대주는 나사와 지대주 연결부 및 지대주와 임플란트 접촉부의 정밀성을 고려해야 하며, 지대주 하방공간 및 나사 하방공간에 간섭이 없어야 하고 나사 가공이 정밀한 지 확인해야 한다. 이러한 주의사항을 고려하여 적절한 상황에 맞게 사용한다면 우수한 생물학적, 임상적 결과를 얻을 수 있으리라 사료된다.
