A THREE-DIMENSIONAL FEM COMPARISON STUDY ABOUT THE FORCE, DISPLACEMENT AND INITIAL STRESS DISTRIBUTION ON THE MAXILLARY FIRST MOLARS BY THE APPLICATION OF VAR10US ASYMMETRIC HEAD-GEAR

비대칭 헤드기어의 적용시 상악제 1 대구치에 나타나는힘과 변위 및 초기 응력분포에 관한 3차원 유한요소법적 연구

The purpose of this study was to compare the force, the displacement and the stress distribution on the maxillary first molars altered by the application of various asymmetric head-gear. For this study, the finite element models of unilateral Cl II maxillary dental arch was made. Also, the finite element models of asymmetric face-bow was made. Three types of asymmetric face-bow were made : each of the right side 15mm, 25mm and 35mm shorter than the left side. We compared the forces, the displacement and the distribution of stress that were generated by application of various asymmetric head-gear, The results were as follows. 1. The total forces that both maxillary first molars received were similar in all groups. But the forces that mesially positioned tooth received were increased as the length of the outer-bow shortened, and the forces that normally positioned tooth received were decreased as the length of the outer-bow shortened. 2. In lateral force comparison, the buccal forces that normally positioned tooth received were increased as the length of the outer-bow shortened, and the buccal fortes that mesially positioned tooth received were decreased as the length of the outer-bow shortened. Though the net lateral force moved to the buccal side of normally positioned tooth as the length of the outer-bow shortened, both maxillary first molars received the buccal force. That showed 'Avchiai Expansion Effect' 3. The distal forces, the extrusion forces and the magnitudes of the crown distal tipping that mesially positioned tooth received were increased as the length of the outer-bow shortened, and the forces that normally positioned tooth received were decreased as the length of the outer-bow was shortened. 4. The magnitude of the distal-in rotation that normally positioned tooth received were increased as the length of the outer-bow was shortened. But, mesially positioned tooth show two different results. For the outer-bow 15mm shortened, mesially positioned tooth showed the distal-in rotation, hut for the outer-bow 25mm and 35mn shortened, mesially positioned tooth showed the distal-out rotation. Thus, the turning point exists between 15mm and 25mm. 5. This study of the initial stress distribution of the periodontal ligament at slightly inferior of the furcation area revealed that the compressive stress in the distobuccal root of the normally positioned tooth moved from the palatal side to the distal side and the buccal side successively as the length of the outer-bow shortened. 6. This study of the initial stress distribution of the periodontal ligament at slightly inferior of the furcation area revealed that the magnitudes of stress were altered but the total stress distributions were not altered in the mesiobuccal root and the palatal root of normally positioned tooth, and also three roots of mesially positioned tooth as the length of the outer-bow shortened.

편측성 II급 부정 교합 환자를 만나는 것은 임상에서는 흔한 일이지만, 치료 방법은 제한적 인 것이 사실이다. 그 중에서도 asymmetric head-gear는 그 사용의 횟수에 비해 정확하고 완전한 이해가 부족한 실정이며, 효과를 극대화시키기 위한 장치의 디자인에 대한 정보 역시 아직도 논란이 많고, 그 동안의 연구들도 확실한 해답을 주지는 못하고 있다. 더욱이 asymmetric iace-bow를 유한요소법을 통해 해석한 것은 그 예를 찾아볼 수 없었기에 본 연구를 시행하게 되었다. 발치나 교정치료의 경험이 없는 정상교합자를 대상으로 유한요소법을 사용하여 편측성 II급 부정교합의 상악 치열궁을 모델링하고, RMO사의 Face-Bow($Penta-Form^{TM}$/Medium size)를 기본 모델로 오른쪽의 outer-bow가 15mm, 25mm, 35mm씩 짧은, 세 개의 asymmetric face-bow를 모델링한 후, 편측성 II급 부정교합 상악 치열궁 모델의 좌,우측 상악 제 1대구치에 세 종류의 asymmetric face-bow를 적용, 편측당 0.3kgf의 힘으로 견인하여 비교한 결과, 다음의 결론을 얻었다. 1. 양쪽 제 1 대구치가 받는 힘의 총합은 세 경우 모두에서 거의 차이가 없었으나, outer-bow의 길이가 짧아질수록 근심위치된 치아가 받는 힘의 크기는 증가하였고, 정상 위치된 치아가 받는 힘의 크기는 감소하는 결과를 보였다. 2. 양쪽 제 1 대구치가 받는 측방력은, 정상 위치된 치아에서는 outer-bow의 길이가 짧아질수록 협측으로의 힘이 커졌고, 근심 위치된 치아에서는 협측으로의 힘이 작아지는 경향을 보여, outer-bow의 길이가 짧아질수록 전체적인 측방력이 정상 위치된 치아의 협측으로 이동되는 경향을 보이긴 했지만, 양쪽 제 1 대구치 모두 협측으로 힘을 받는 것으로 나타나 "Archial Expansion Effect"를 보였다. 3. 양쪽 제 1 대구치가 받는 원심력과 정출력, 그리고 distal tipping의 양은, 정상 위치된 치아에서는 outer-bow의 길이가 짧아질수록 감소하였고, 근심 위치된 치아에서는 outer-bow의 길이가 짧아질수록 증가하는 경향을 보였다. 4. 양쪽 제 1 대구치의 rotation은, 정상 위치된 치아에서는 distal-in의 rotation을 보였으며 outer-bow의 길이가 짧아질수록 그 양이 증가하였고, 근심 위치된 치아에서는 두 가지의 결과를 나타냈는데, outer-bow가 15mm 짧은 경우에는 distal-in의 rotation을 보였으나, 25mm와 35mm 짧은 경우에는 distal-out의 rotation을 보여 15mm와 25mm 사이에 변환점이 존재하는 것으로 나타났다. 5. 치근 분지부 직하방에서 치근막의 초기 응력분포를 관찰한 결과, 정상 위치된 치아의 원심협측 치근에서 outer-bow의 길이가 짧아짐에 따라 압축응력이 구개측에서 원심측으로, 그리고 협측으로 이동하는 양상을 나타내었다. 6. 치근 분지부 직하방에서 치근막의 초기 응력분포를 관찰한 결과, 정상 위치된 치아의 원심협측 치근을 제외한 근심협측 치근과 구개측 치근, 그리고 근심 위치된 치아의 세 개의 치근 모두는, outer-bow의 길이가 짧아질수록 응력의 크기만 변할 뿐 전체적인 응력분포의 양상에는 변화가 없었다.