A FEM comparison study about the force, displacement and initial stress distribution on the maxillary first molars by the application of Asymmetric Head-Gears with the different traction forces

Asymmetric Head-Gear의 견인력의 차이에 따른 상악 제 1 대구치에 나타나는 힘과 변위 및 초기 응력분포에 관한 유한요소법적 비교 연구

One of the various mechanics used to treat unilateral Class II malocclusion is head gear with asymmetric face bow. We made the finite element models of unilateral Class II maxillary dental arch and power arm asymmetric face bow. We designed this experiment to observe stress distribution of periodontal ligament, reaction force, and displacement and to understand force system, so to predict the therapeutic effect. On the basis of computerized tomograph of maxillary dental arch of 25 years old male with normal occlusion without extraction and orthodontic treatment history, we made finite element models of maxillary dental arch and periodontal ligament. Then we modified that model to unilateral maxillary Class II malocclusion model of which maxillary left molar displaced mesially. Also, We made finite element model of asymmetric face bow of which right outer bow shorter than left by 25mm(RMO, Penta-FormTM/Medium size, 0.045 inch iner bow, 0.072 inch outer bow). After that, retraction force of 250g, 300b, 350g were applied to maxillary first molar. We concluded as follow. 1. The Net force that both maxillary first molars were received increased as the retraction force increased. Mesially positioned tooth received more force than normally positioned tooth. But, both tooth were received distal force, so distal movement occured. 2. Both tooth received buccal lateral force. In analysis of force element, as the retraction force were increased, force of X-axis at mesially positioned tooth decreased, and force of X-axis at normally positioned tooth increased. so lateral force component moved to the side received less force from more force. 3. There were rotation, tipping with distal movement in maxillary first molar. As retraction force were increased, rotation and tipping also increased. More tipping and rotation occured at the side received more force, that is, mesially positioned tooth. Though it Is small change, displacement of same pattern occur in normally positioned tooth

편측성 II급 부정교합의 치료 시 다양한 mechanics가 사용되어지는데 그중 한가지가 asymmetric face-bow를 가진 head gear이다. 이 asymmetric head gear의 편측 효과에 대해 다양한 연구결과를 보고하고 있는데 이에 저자는 편측성 II급 부정교합의 상악 치열 모델링과 임상에서 자주 사용되는 Power arm asymmetric face-bow를 모델링하고, 견인력을 달리하여 유한 요소법을 통해 치근막에서 발생되는 응력의 분포와 그에 따른 각 방향의 반력, 그리고 그로 인한 변위를 관찰하여 역계를 이해하고 치료효과를 예견하고자 실험을 고안하였다. 발치나 교정치료의 경험이 없는 25세 남자 정상 교합자를 대상으로 컴퓨터 단층 촬영을 시행하여 얻은 방사선필름을 기초로 하여 유한 요소 상악 모델과 치주인대 모델을 제작하고 그후 다시 좌측 제 1 대구치가 근심 편위되어있는 편측성 상악 II급 부정교합 모델로 제작하고, RMO 사의 Face-bow (Penta-$^{TM}$/Medium size)를 기본 모델로 0.045 inch 직경의 inner-bow와 0.072 inch 직경의 outer-bow를 가지는 asymmetric face-bow를 우측을 25mm 짧게 하여 모델링한 후, 좌우측 제 1 대구치에 각각, 250g, 300g, 350g 씩 견인력을 부여하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 양쪽 제1 대구치가 받는 힘의 총합은 견인력이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였는데 대체로 근심위치된 치아가 정상 위치한 치아보다 더 많은 힘을 받는 것으로 나타났으며, 두치아 모두 윈심으로의 힘을 받으며, 원심으로 이동하는 양상을 보여주었다. 2. 측방력은 두 치아 모두 협측으로의 힘을 받는 것으로 나타났는데, 힘의 성분을 분석하여 보면 견인력이 증가함에 따라 X축으로의 힘이 근심 위치된 치아에서 점점 작아지며, 정상 위치한 치아에서 점점 증가하여 측방력의 성분이 힘을 많이 받는 쪽에서 적게 받는 쪽으로 이동하는 양상을 보여주었다. 3. 원심으로의 이동과 동시에 회전과 경사이동 양상을 보여주었는데 견인력의 증가시 함께 증가하는 양상을 보였고, 힘을 많이 받는 쪽, 즉 근심 위치된 치아가 더 많은 회전과 경사이동을 보였으며 적은 양이나마 정상 위치된 치아에 서도 같은 양상의 변위를 보였다.