유한요소모델에서 레버암을 이용한 상악 6전치 설측 견인 시 초기 이동 양상

The Pattern of Initial Displacement in Lingual Lever Arm Traction of 6 Maxillary Anterior Teeth According to Different Material Properties: 3-D FEA

최근 치료기간의 단축과 심미성을 동시에 충족시키는 6전치를 설측에서 견인하는 레버암을 이용한 견인방법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 상악골의 고전적인 2가지 물성으로 구성된 유한 요소 모델 (단순모델)과 새로이 개발된 24가지 물성으로 구성된 모델 (복합모델)을 생성하여 상악 6전치를 후방 견인 시, 각 치아와 치주인대에 나타나는 초기 이동량과 응력분포를 분석하였다. 23세 성인 남자의 CT 촬영으로 얻은 DICOM 영상정보를 3차원 리버스 엔지니어링 컴퓨터영상프로그램 Mimics를 이용하여 상악골 및 상악 전치부의 3차원 입체영상모델로 재구성하여 finite element analysis (FEA) 모델을 완성하였다. 모델은 상악골, 상악 전치부 각 치아의 치주인대, lingual traction arm의 부분으로 구성되었다. 상악 6전치의 저항중심 부위를 지나도록 교합면에 대하여 평행하게 200g의 후방견인력을 적용한 후 나타나는 초기 이동량 및 응력 분포를 3차원 유한 요소법을 이용한 해석을 통해 비교하였다. 실험 결과 24가지 물성으로 구성된 복합모델이 2가지 물성으로 구성된 단순 모델에 비해 상악 중절치에서 보다 후방 이동되는 양상이 크게 나타났으며 수직적인 회전 양상 역시 크게 나타났다. 두 모델 모두 중절치와 측절치는 조절성 경사이동의 형태로 후방이동양이 견치보다 크게 나타났으나 견치는 이동량이 적은 대신 치근의 이동이 더 크게 나타났다. 수직적 이동양상에 있어 두 모델 모두 측절치와 견치의 접촉점을 중심으로 절치는 하방으로 견치는 상방으로 움직이는 회전양상을 나타났다. 응력의 비교에서는 단순 모델과 복합 모델에서 유사한 결과를 보였다. 비록 각기 다른 물성으로 인해 후방 이동량에서는 차이가 나타났으나 기본적인 치아의 이동양상은 두 모델에서 모두 같게 나타났다.

The aim of this study was to analyze the initial movement and the stress distribution of each tooth and periodontal ligament during the lingual lever-arm retraction of 6 maxillary incisors using FEA. Two kinds of finite element models were produced: 2-properties model (simple model) and 24-properties model (multi model) according to the material property assignment. The subject was an adult male of 23 years old. The DICOM images through the CT of the patient were converted into the 3D image model of a skull using the Mimics (version 10.11, Materialise's interactive Medical Image Control System, Materialise, Belgium). After series of calculating, remeshing, exporting, importing process and volume mesh process was performed, FEA models were produced. FEA models are consisted of maxilla, maxillary central incisor, lateral incisor, canine, periodontal ligaments and lingual traction arm. The boundary conditions fixed the movements of posterior, sagittal and upper part of the model to the directions of X, Y, Z axis respectively. The model was set to be symmetrical to X axis. Through the center of resistance of maxilla complex, a retraction force of 200g was applied horizontally to the occlusal plane. Under this conditions, the initial movements and stress distributions were evaluated by 3D FEA. In the result, the amount of posterior movement was larger in the multi model than in the simple model as well as the amount of vertically rotation. The pattern of the posterior movement in the central incisors and lateral incisors was controlled tipping movement, and the amount was larger than in the canine. But the amount of root movement of the canine was larger than others. The incisor rotated downwardly and the canines upwardly around contact points of lateral incisor and canine in the both models. The values of stress are similar in the both simple and multi model.