The moment generated by the torque of the orthodontic rectangular wire : Three-dimensional finite element analysis

교정용 각형선재에 부여된 torque가 브라켓에 발생시키는 모멘트에 관한 유한요소법적 분석

The purpose of this study was to investigate the ideal clinical torque(In the SWA rectangular wire, the torque by the angle between the plane part and twisted part to move the tooth) of the orthodontic rectangular wire which produce the proper labiolingual movement of the single tooth during finishing stage of the orthodontic treatment. The clinical torque is the sum of the play and the active torque which generates the moment at the bracket. The play is calculated by the formula and the active torque is calculated by the computer aided three-dimensional finite element method. The finite element model was consist of the three brackets which formed a row and 3 kinds of orthodontic rectangular wire(stainless steel, TMA, NiTi) which inserted in brackets. Both sides of the model were twisted and the moment generated in the center bracket was calculated. The sizes of seven wires which were used commonly were .016'X.022', .017'X.022', .017'X.025', .018'X.025', .019'X.025', .020'X.025', .021'X.025'. In 018' bracket, 016'X.022', .017'X.022', .017'X.025' wires were inserted and in 022' bracket, all the sizes of wires except .016'X.022' were inserted and tested. The following conclusions could be drawn from this study. 1. The moments generated on the same size of the wires by the same active torque were equal regardless of the bracket slot size. 2. The moments were increased with the size of the wires. The moment generated on the .021'X.025' wire was about 1.75 times as large as that on the .016'X.022' wire regardless of the material. 3. The moments were increased in the order of the NiTi, TMA stainless steel. The moment of the TMA wire was 0.35 times as small as that of the stainless steel wire and the moment of the NiTi was0.16 times as small as that of the stainless steel wire. 4. The moment was decreased as the interbracket distance was increased. 5. To get a desired moment with the specific size and material of the wire on the specific bracket slot, the formula and the results were displayed.

본 연구의 목적은 교정치료의 마무리 단계에서 비람직하지 못한 순설측 경사를 가진 한 개 치아의 이동을 원할 때 브라켓 슬롯의 크기와 각형선재의 종류, 크기에 따라 부여하여야 할 적절한 임상적 torque (SWA의 각형선재에서 나머지 편평한 부분과 이동을 위해 변형시킨 부분의 단면이 이루는 각도만큼의 torque)의 양을 구하고자 하는 것이다. 임상적 torque는 play와 active torque(브라켓에 모멘트를 전달할 수 있는 torque)의 합으로 구성되는데, play는 수학적 공식을 이용하여 계산하였고 active torque는 컴퓨터를 이용한 삼차원 유한요소법으로 구하였다. 유한요소모델은 일렬로 배열된 세 개의 브라켓과 여기에 삽입된 stainless steel, TMA , NiTi 이렇게 3가지 종류의 교정용 각형선재로 구성된 다. 양쪽의 브라켓을 일정한 각도로 비틀어서 가운데 브라켓에 발생하는 모멘트를 계산하였다. 선재의 크기는 많이 사용되는 각형선재인 .016"X.022", .017"X.022", .017"X.025", .018"X.025", .019"X.025", .020"X.025". .021"X.025"의 7개로 디자인하였다. .018" 브라켓에는 .016"X.022", .017"X.022", .017"X.025" 선재를 삽입하여 실험하였고, .022" 브라켓에는 .016"X.022" 선재를 제외한 나미지 선재를 삽입하여 실험하였다. 실험으로 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 삽입된 브라켓 슬롯의 크기에 상관없이 같은 크기와 재질의 교정용 각형선재에 같은 active torque를 가하면 동일한 모멘트가 발생하였다. 2. 선재의 크기가 증가될 수록 동일한 active torque에 의해 발생되는 모멘트의 양은 증가하였다. 실험에 사용한 가장 굵은 선재인 .021"X.033" 선재는 동일한 재질의 가장 가는 .015"X.022" 선재에 비해 약 1.75배 더 큰 torsional stiffness를 가졌다. 3. 선재의 재질에 따라서는 stainless steel, TMA, NiTi순으로 torsional stiffness가 감소하였는데 stainless steel에 비해 TMA는 0.35배, NiTi는 0.16배였다. 4. 브라켓간 거리의 증가와 발생되는 torsional .stiffness는 반비례하였다. 브라켓간 거리의 증가에 의해 감소되는 torsional stiffness의 비율은 선재의 재질과 상관이 있었고 크기에 따라서는 큰 차이가 없었다. 5. 교정치료의 마무리 단계에서 이상적인 순설측 경사이동을 일으키는 임상적 torque의 공식과 값을 구하였다.