임플란트를 심을 때 치과의사는 먼저 드릴로 턱뼈에 구멍을 뚫습니다. 드릴과 뼈가 마찰하며 열이 나는데, 뼈 표면 온도가 47도를 넘으면 그 열만으로 뼈세포가 죽어 임플란트가 뼈에 붙는 골유착이 실패할 수 있습니다. 문제는 이 열이 입 속, 뼈 안쪽 깊은 곳에서 순식간에 생긴다는 점입니다. 지금까지 쓰인 온도계로는 정확히 재기가 어려웠습니다. 중국 난창대 연구팀이 광섬유 센서로 소뼈를 깎으며 생기는 열을 기존보다 정밀하게 재는 데 성공했습니다. 그 결과 물 세척이 열을 줄이는 데 가장 큰 영향을 미쳤고 드릴 속도와 깊이는 뼈 바깥쪽과 안쪽에 각각 다르게 작용한다는 것이 드러났습니다.
피질골·해면골 온도를 동시에 재는 광섬유 센서
기존에는 적외선 온도계나 열전대(서모커플), 전기저항으로 온도를 읽는 NTC 센서로 뼈의 열을 측정했습니다. 적외선 온도계는 뼈 표면만 비접촉으로 찍을 수 있어 뼈 속 깊은 곳의 온도는 알 수 없고, 열전대나 NTC 센서는 한 지점만 잴 수 있어 여러 깊이를 함께 재려면 구멍을 여러 개 뚫어야 했습니다. 연구팀이 쓴 광섬유 브래그 격자(FBG) 센서는 머리카락보다 조금 굵은 유리 섬유에 빛을 통과시켜, 온도에 따라 되돌아오는 빛의 파장이 바뀌는 정도로 온도를 읽습니다. 한 가닥의 섬유 위에 격자를 여러 개 새겨 넣으면 지점마다 따로 온도를 잴 수 있어, 연구팀은 지름 0.5mm 남짓한 보호관 안에 센서 두 개를 넣어 하나는 뼈 바깥쪽 단단한 부분(피질골)에, 하나는 안쪽의 성긴 부분(해면골)에 꽂아 두 부위의 열을 동시에 쟀습니다.
세척과 드릴 조건이 가른 온도 상승
소의 갈비뼈로 턱뼈와 비슷한 조건을 만들어 210번 드릴링한 결과, 세척도 간헐적 드릴링도 하지 않았을 때 해면골은 7.8도, 피질골은 5.77도까지 온도가 올랐습니다. 실험실 상온 23도에서 측정한 상승폭이라 입 속 체온 환경과는 출발점이 다르다는 점을 감안해야 합니다. 반면 찬물로 세척하면서 드릴을 짧게 끊어 가며 돌렸을 때는 상승폭이 1.6도를 넘지 않았습니다. 세척이 간헐적 드릴링보다 더 큰 영향을 미쳤습니다. 세척과 간헐적 드릴링의 영향을 뺀 나머지 조건을 보면 드릴 속도를 800rpm에서 1400rpm으로 올렸을 때는 피질골만 더 뜨거워졌고 해면골은 별 차이가 없었습니다. 반대로 드릴을 더 깊이 박았을 때는 해면골의 열만 눈에 띄게 늘고 피질골은 거의 그대로였습니다. 연구팀은 세척수가 깊은 곳까지 잘 닿지 않아 안쪽 뼈의 열을 식히기 어려운 탓으로 풀이했습니다.
가이드 수술의 정확도와 세척 경로의 과제
임플란트를 심을 자리를 미리 컴퓨터로 계획해 3D프린터로 찍어낸 형판에 맞춰 뚫는 가이드 임플란트 수술은 위치를 더 정확하게 맞추는 방식으로 알려졌습니다. 그런데 열은 다른 이야기였습니다. 2025년 오스트리아 연구팀이 소뼈로 가이드 수술과 손으로 하는 수술을 견준 결과, 세척수 없이 뚫을 때는 손으로 하는 수술 쪽이 더 뜨거웠지만 3.5mm 드릴로 12mm 깊이까지 찬물로 세척하며 뚫었을 때는 가이드 수술 쪽이 더 뜨거웠습니다. 2026년 이집트 연구팀이 수지 모형으로 세척 경로를 나눠 비교한 결과도 비슷한 방향을 가리켰습니다. 세척수를 드릴 바깥에서 뿌리는 방식은 온도 상승을 31.41도에서 9.48도로 줄였지만 드릴 안쪽 통로로 직접 흘려보내는 방식은 3.50도까지 더 낮췄습니다. 가이드 수술에서는 세척수가 드릴 전체에 고르게 닿는 길이 따로 마련돼야 정확도만큼 열도 함께 잡을 수 있다는 뜻입니다.
이번 연구는 사람이나 동물이 아닌 소뼈로 진행한 실험실 단계의 결과입니다. 그래도 광섬유 센서가 뼈 속 두 지점의 열을 기존 온도계보다 정밀하게 동시에 잴 수 있다는 것을 보였고 세척 방식과 드릴 조건이 뼈 속 서로 다른 위치에 각각 다르게 영향을 미친다는 것도 구체적인 수치로 드러났습니다. 연구팀은 이 센서를 임플란트 수술 기구에 직접 심어 실제 수술 중 열을 실시간으로 재는 쪽으로 다음 단계를 준비하고 있습니다.