Stress analysis of Multiloop Edgewise Arch Wire with various degree of tip back bend : a study using the finite element method

Multiloop Edgewise Arch Wire의 tip back 정도에 따른 응력 분포에 관한 유한요소법적 연구

This study have been carried out to find out the mechnical effect of Multiloop Edgewise Arch Wire(MEAW) making use of the finite element method. The tip back bend of MEAW taken in this analysis is $5^{\circ},\;10{\circ}\;and\;15{\circ}$. In addition, Class II or up & down elastic is applied to find out stress distribution and their values in PDL. A adult male of normal occlusion was selected to create the models of teeth and PDL. And the model of MEAW was also created using commercial finite element code (ANSYS version 5.2). The MEAW is forcibly engaged with a class II or up & down elastic, to determine the initial stress generated in PDL. Comparing the compressive and tensile stress at each reference-planes, following results are obtained. 1. When a MEAW of $5^{\circ},\;10{\circ}\;15{\circ}$ tip back bend was engaged with Class II or up & down elastic, the distribution of compressive, tensile stress in entire PDL is similar in each case. 2. The values of compressive and tensile stress in PDL is higher in $15{\circ}$ tip back bend case than in $10{\circ}\;or\;15{\circ}$ tip back bend case. 3. In the distal PDL of 1st and 2nd molar, compressive stress appears. The compressive area is more wide and its values is higher in PDL of 2nd molar than those in 1st molar. The compressive area and its values become more wide and higher according to the increase of the tip back bend. 4. The values of compressive stress are comparatively smaIIer in PDL of molars than those in premolars. 5. Comparing class II and up & down elastic case, tensile stress values in anterior teeth PDL are smaller md their distribution is more wide in up & down elastic case than class If elastic case. On another hand, there is no difference in distribution and stress values in PDL of posterior teeth between two cases. 6. Comparing the tensile area in PDL of anterior teeth, tensile stress values are maximum in PDL of canine.

임상에서 다양하게 사용되는 Multiloop Edgewise Arch Wire(MEAW)는 구치부 치아의 치축 직립을 위해 II급 고무줄이나 수직고무줄과 함께 사용된다. 이때 tip back bend의 정도는 각 환자의 구치치축의 근심경사의 정도에 따라 가감이 결정되나 이 장치가 실제 치근막에서 어떤 효과를 나타내는지 정확히 알려진 바는 없다. 이에 저자는 MEAW의 역학적 효과를 알아보기 위해 tip back bend의 정도를 변화시킨 후 II급 고무줄, 수직고무줄을 적용시켜 유한요소법을 통해 치근막에서 발생되는 응력의 분포와 크기를 정량적으로 비교, 관찰하여 장치의 역계를 이해하고 치료효과를 예측해 보고자 실험을 고안하였다. 발치나 교정치료의 경험이 없는 25세 남자 정상교합자를 대상으로 컴퓨터 단층촬영을 시행하여 얻은 방사선필림을 기초로 하여 유한요소 상악치아모델과, 치근막모델을 제작하였으며 여기에 beam element로 제작된 MEAW의 tip back bend를 5도, 10도, 15도로 달리하여 II급 고무줄 및 수직고무줄을 적용시켜 각 치근막에서의 압축, 인장력의 분포와 응력의 크기를 상호 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. MEAW에 tip back bend를 5도, 10도, 15도로 부여하고 II급 고무줄이나 수직고무줄을 적용시켰을때 전체 치근막에 나타나는 압축, 인장의 분포는 II급 고무줄, 수직고무줄 각각의 경우에서 tip back bend의 정도에 상관없이 유사한 양상을 나타냈다. 2. 각 치아의 치근막에 나타난 압축, 인장력의 크기는 5도,10도의 경우보다 15도 tip back bend 부여시 더 크게 나타났다. 3. 제1, 2대구치 원심측 치근막에서는 압축력이 나타났으며 특히 제2대구치 치근막의 압축부위가 제1대구치 치근막 압축부위보다 더 넓고 압축력의 크기도 더 크게 나타났다. 또한 tip back bend 정도가 클수록 압축력도 크고 압축부위도 더 넓게 나타났다. 4. 대구치 치근막의 압축력은 소구치 치근막의 압축력보다 상대적으로 더 작게 나타났다. 5. II급고무줄과 수직고무줄 적용 시를 비교해 보면 수직고무줄 장착시 전치부 치근막에 인장력이 더 넓게, 그 크기는 더 작게 나타났다. 반면에 구치부 치근막에 나타나는 응력의 분포와 크기는 별 차이를 보이지 않았다. 5. 전치부 치근막 인장부위에서 인장력은 견치에서 제일 컸다.