• 대한치과교정학회지
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• 제27권5호
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• pp.815-824
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• 1997

본 연구는 최근 많은 연구가 행해지고 있는 유한요소를 이용한 교정시스템 구축에 있어서 정상교합자가 아닌 부정교합 환자별 유한요소 모델 구축을 위한 기초 알고리즘 개발에 그 목표가 있다. 기존에는 유한요소 분석을 위해서 한 환자의 치열을 유한요소 모델로 재현하고자 할 때, 전처리 과정에 대부분의 시간을 소요해야만 했다. 본 연구에서는 이 전처리과정을 자동화할 수 있는 기초 알고리즘을 마련하여, 향후 이 방면의 연구를 용이하도록 하였다. 이를 위하여 임의로 선택된 부정교합 환자의 상하악 모형을 이용하여 치아의 삼차원적인 위치를 계측할 수 있는 표준화된 방법을 제시하였으며, 또한 본 연구를 통하여 개발된 프로그램을 이용하여 유한요소의 전처리 과정을 자동화할 수 있는 기초를 마련하였다. 본 연구는 아래와 같은 단계를 거쳐 수행하였다. 1. 상,하악 중절치에서 제2대구치까지 14개의 치아 형상을 상,하악 각각 구축하여 개별 파일로 저장한다. 2. 이 치아에 standard bracket을 치관의 FA point와 bracket slot의 중앙이 일치되도록 부착한다. 3. 대상 환자의 석고 모형을 제작한다. 4. 석고 모형에서 본 연구를 위해 제작된 기구들로 치아의 crown inclination, angulation, 그리고 교합면에서 치관첨까지의 수직거리를 계측한다. 5. 표준화하여 촬영한 석고 모형의 사진을 이용하여 화상처리기법으로 치아의 치열궁 형태를 파악한다. 또한 사진상에서 치아의 수평적 위치 및 회전량을 측정한다. 6. 계측된 crown inclination, angulation, 수직거리, 그리고 치열궁의 형태 및 치아의 회전정 도 등을 회전행열을 이용하여 만든 프로그램에 입력한다. 이 프로그램은 유한요소 전처리 과정에 필요한 치아의 배열상태를 담고 있는 데이터를 결과 파일로 제공하는데, 이 결과 파일은 일반적인 상용 유한요소 프로그램에서도 사용 가능하다. 7. 개개의 치아 파일은 이 결과 파일에 따라 삼차원적인 위치로 배열되어 선택한 특정 환자의 유한요소 모델을 완성하게 된다. 상기와 같은 여러 단계를 거친 후 임의로 선택한 부정교합자의 상,하악 유한요소 모델 구축을 위한 기초 자료를 구축할 수가 있었으며, 개개인 환자의 모형에서 얻은 정보로 유한요소 모델로 재현하기 위한 전처리과정의 기초 알고리즘을 마련하였다.

• 대한치과교정학회지
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• 제33권1호
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• pp.11-20
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• 2003

본 연구는 교정치료 시 고정원 보강을 위해 사용되는 교정용 미니스크류의 길이, 직경 및 피질골 두께에 따른 응력 분포 양상을 알아보기 위하여 시행되었다. 미니스크류의 길이와 직경 변화에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 식립되는 피질골의 두께를 1.0mm로 고정하고 미니스크류의 길이를 6.0mm, 8.0mm, 10.0mm, 12.0mm로, 직경을 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm인 3차원 유한요소 모델을 제작하였다. 또한, 피질골의 두께 변화에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 미니 스크류의 길이를 8.0mm로 고정하고 직경은 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm로, 피 질골의 두께는 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm인 3차원 유한요소 모델을 제작하였다. 각각의 유한요소 모델의 미니스크류 head중심에 200gm의 수평력을 가하여 응력 분포 양상과 크기를 3차원 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 미니스크류 내부에서 나타나는 최대 응력값을 비교한 결과, 미니스크류의 직경이 1.2mm에서 2.0mm로 증가할수록 응력이 감소하였으며 같은 직경에서는 길이 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 2. 피질골 및 해면골에 작용되는 최대 응력값을 비교한 결과, 미니스크류의 직경이 1.2mm에서 2.0mm로 증가할수록 응력이 감소하였으며 같은 직경에서는 길이 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 3. 피질골 및 해면골에 작용되는 응력 분포를 관찰한 결과, 대부분의 응력이 피질골에서 흡수되었으며 ,해면골에 전달되는 응력값은 미미하였다. 4. 피질골 두께에 따른 최대 응력값을 비교한 결과, 같은 미니스크류의 직경에서는 피질골의 두께 증가에 상관없이 일정한 값을 유지하였다. 이상의 결과는 교정용 미니스크류의 유지에 길이보다는 직경이 더 크게 관여하는 것으로 나타나 미니스크류의 식립시 이에 대한 고려가 필요함을 시사하였다.

• 대한치과교정학회지
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• 제30권2호
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• pp.127-142
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• 2000

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.

• 구강회복응용과학지
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• 제17권4호
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• pp.283-305
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• 2001

The purpose of this study was to analyze the stress distribution of condylar regions and edentulous mandible with implant-supported cantilever prostheses on the certain conditions, such as amount of load, location of load, direction of load, fixation or non-fixation on the condylar regions. Three dimensional finite element analysis was used for this study. FEM model was created by using commercial software, ANSYS(Swanson, Inc., U.S.A.). Fixed model which was fixed on the condylar regions was modeled with 74323 elements and 15387 nodes and spring model which was sprung on the condylar regions was modeled with 75020 elements and 15887 nodes. Six Br${\aa}$nemark implants with 3.75 mm diameter and 13 mm length were incorporated in the models. The placement was 4.4 mm from the midline for the first implant; the other two in each quardrant were 6.5 mm apart. The stress distribution on each model through the designed mandible was evaluated under 500N vertical load, 250N horizontal load linguobuccally, buccal 20 degree 250N oblique load and buccal 45 degree 250N oblique load. The load points were at 0 mm, 10 mm, 20 mm along the cantilever prostheses from the center of the distal fixture. The results were as follows; 1. The stress distribution of condylar regions between two models showed conspicuous differences. Fixed model showed conspicuous stress concentration on the condylar regions than spring model under vertical load only. On the other hand, spring model showed conspicuous stress concentration on the condylar regions than fixed model under 250N horizontal load linguobuccally, buccal 20 degree 250N oblique load and buccal 45 degree 250N oblique load. 2. Fixed model showed stress concentration on the posterior and mesial side of working and balancing condylar necks but spring model showed stress concentration on the posterior and mesial side of working condylar neck and the posterior and lateral side of balancing condylar neck under vertical load. 3. Fixed model showed stress concentration on the posterior and lateral side of working condylar neck and the anterior and mesial side of balancing condylar neck but spring model showed stress concentration on the anterior sides of working and balancing condylar necks under horizontal load linguobuccally. 4. Fixed model showed stress concentration on the posterior side of working condylar neck and the posterior and lateral side of balancing condylar neck but spring model showed stress concentration on the anterior side of working condylar neck and the anterior and lateral side of balancing condylar neck under buccal 20 degree oblique load. 5. Fixed model showed stress concentration on the anterior and lateral side of working condylar neck and the posterior and mesial side of balancing condylar neck but spring model showed stress concentration on the anterior side of working condylar neck and the anterior and lateral side of balancing condylar neck under buccal 45 degree oblique load.. 6. The stress distribution of bone around implants between two models revealed difference slightly. In general, magnitude of Von Mises stress was the greatest at the bone around the most distal implant and the progressive decrease more and more mesially. Under vertical load, the stress values were similar between implant neck and superstructure vertically, besides the greatest on the distal side horizontally. 7. Under horizontal load linguobuccally, buccal 20 degree oblique load and buccal 45 degree oblique load, the stress values were the greatest on the implant neck vertically, and great on the labial and lingual sides horizontally. After all, it was considered that spring model was an indispensable condition for the comprehension of the stress distributions of condylar regions.

• 대한치과교정학회지
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• 제31권4호
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• pp.425-438
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• 2001

이 연구는 3차원 유한요소법을 이용하여 상악 6전치부에 피질골 절단술을 시행한 경우와 시행하지 않은 경우에서 상악 6전치부를 하나의 단위로 하여 다양한 후방견인력을 가하였을 때 상악 6전치의 초기 치아이동을 통하여 저항중심의 수직적 위치를 계측, 비교하고 저항중심의 변화양상을 관찰하며, 힘의 크기변화에 따른 저항중심의 위치변화양상을 분석하기 위하여 시행되었다. 상악 6전치와 치주인대 및 치조골의 3차원 유한요소모델을 제작한 후, 상악 6전치부에 부착된 설측장치와 이 장치가 부착된 치아군을 한 개의 견고한 연결체로 가정하였다. 유한요소모델에서 사용된 전체요소의 수는 14,584개, 전체 절점의 수는 17,292 개였고, 힘 체계의 분석을 위해 미국 Swanson Analysis System사의 범용 유한요소 프로그램 인 ANSYS(Ver. 5.5A)를 사용하였다. 저항중심은 힘이 가해질 때 치아가 평행 이동될 수 있는 힘의 적용부위라 정의하고, 설측 장치에서 연장된 Extension arm의 7개의 Level에 편측당 각각 200 gm, 250 gm, 300 gm, 350 gm의 설측 후방견인력을 가하였을 때 치아의 절단연과 치근첨에서의 변위를 읽어 평행이동이 일어나는 위치를 복원법으로 계산하여 저항중심의 위치를 계측, 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 상악 6전치부의 초기치아이동에서 저항중심의 수직적 위치는 Level 4와 Level 5사이, 즉 치경부에서 치근단 쪽으로 6.76 mm, $44.32\%$ 떨어진 거리에 위치하였다. 2. 피질골 절단술 시행후, 상악 6전치부의 후방 견인시 저항중심의 수직적위치는 Level 4와 Level 5사이, 즉 치경부에서 치근단 쪽으로 7.09 mm, $46.38\%$ 떨어진 거리에 위치하였다. 3. 후방견인력의 크기가 커짐에 따라 치아의 변위량은 커졌으나, 피질골 절단술 시행 유무에 관계없이 후방견인력의 크기변화는 저항중심의 수직적 위치에 별다른 영향을 미치지 않았다. 4. 피질골 절단술 시행시에 저항 중심의 수직적 위치는 치근단 쪽으로 이동하였고, 그 변위량은 피질골 절단술 시행 시가 컸다. 이상의 결과로 볼 때 상악 6전치부 후방견인시 저항중심의 수직적 위치는 치경부에서 치근단 쪽으로 치근길이의 $44.32\%$ 떨어진 거리에 위치하였고, 피질골 절단술 시행시에 저항중심의 수직적 위치는 치경부에서 치근단 쪽으로 치근 길이의 $46.38\%$ 떨어진 거리에 위치하여 피질골 절단술 시행하지 않은 경우보다 치근단 쪽으로 이동되었으며, 후방견인력의 크기 변화에 따라 저항 중심의 수직적 위치는 변하지 않았다.

• 대한치과보철학회지
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• 제45권4호
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• pp.506-521
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• 2007

Statement of problem: The cumulative success rate of wide implant is still controversial. Some previous reports have shown high success rate, and some other reports shown high failure rate. Purpose: The aim of this study was to analyze, and compare the biomechanics in wide implant system embeded in different width of crestal bone under different occlusal forces by finite element approach. Material and methods: Three-dimensional finite element models were created based on tracing of CT image of second premolar section of mandible with one implant embedded. One standard model (6mm-crestal bone width, 4.0mm implant diameter central position) was created. Varied crestal dimension(4, 6, 8 mm), different diameter of implants(3.3, 4.0, 5.5, 6.0mm), and buccal position implant models were generated. A 100-N vertical(L1) and 30 degree oblique load from lingual(L2) and buccal(L3) direction were applied to the occlusal surface of the crown. The analysis was performed for each load by means of the ANSYS V.9.0 program. Conclusion: 1. In all cases, maximum equivalent stress that applied $30^{\circ}$ oblique load around the alveolar bone crest was larger than that of the vertical load. Especially the equivalent stress that loaded obliquely in buccal side was larger. 2. In study of implant fixture diameter, stress around alveolar bone was decreased with the increase of implant diameter. In the vertical load, as the diameter of implant increased the equivalent stress decreased, but equivalent stress increased in case of the wide implant that have a little cortical bone in the buccal side. In the lateral oblique loading condition, the diameter of implant increased the equivalent stress decreased, but in the buccal oblique load, there was not significant difference between the 5.5mm and 6.0mm as the wide diameter implant. 3. In study of alveolar bone width, equivalent stress was decreased with the increase of alveolar bone width. In the vertical and oblique loading condition, the width of alveolar bone increased 6.0mm the equivalent stress decreased. But in the oblique loading condition, there was not a difference equivalent stress at more than 6.0mm of alveolar bone width. 4. In study of insertion position of implant fixture, even though the insertion position of implant fixture move there was not a difference equivalent stress, but in the case of little cortical bone in the buccal side, value of the equivalent stress was most unfavorable. 5. In all cases, it showed high stress around the top of fixture that contact cortical bone, but there was not a portion on the bottom of fixture that concentrate highly stress and play the role of stress dispersion. These results demonstrated that obtaining the more contact from the bucco-lingual cortical bone by installing wide diameter implant plays an important role in biomechanics.

• 생물환경조절학회지
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• 제16권4호
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• pp.275-283
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• 2007

본 연구는 기존 비닐하우스 아연도 강관을 사용한 하우스 폭 3.6m와 5m 천창개폐형 대립계 포도 비가림하우스에 대한 구조적 안전성을 검토하고, 인장강도 $400N{\cdot}mm^{-2}$(SGH400 등) 이상의 파이프를 사용하는 조건에서 하우스 폭 5m인 천창개폐형 대립계 포도 비가림하우스에 대하여 구조적으로 안전한 최적 파이프 규격을 제시하고자 수행하였다. 주기둥 $3m{\times}$서까래 60cm인 천창개폐형 3.6m 비가림하우스의 경우, 적설심 35cm에서는 구조적으로 안전한 것으로 분석되었으나 측면 및 전후면 풍속 $35m{\cdot}s^{-1}$에서는 불안전한 것으로 나타났으며, 동일 주기둥과 서까래 간격을 갖는 천창개폐형 5m 비가림하우스의 경우에는 적설심 35와 풍속 $35m{\cdot}s^{-1}$에서 모두 불안전하여 구조보강이 필요한 것으로 분석되었다. 그리고 동일 주기둥과 서까래간격을 가지나 인장강도 $400N{\cdot}mm^{-2}$ 이상을 갖는 파이프를 사용하는 조건에서 천창개폐형 5m 비가림하우스의 최적 파이프 규격은 지붕높이 1.6m(아치형)와 지붕높이 1.8m(복숭아형)에 대하여 동일하게 두 경우로 규격화 할 수 있었다. 즉, 안전풍속 $35m{\cdot}s^{-1}$와 안전적설심 40cm에서 구조적으로 안전한 서까래 규격은 ${\Phi}31.8{\times}1.5t@600$이었으며, 안전풍속 $35m{\cdot}s^{-1}$와ss 안전적설심 35cm에서는 서까래 ${\Phi}25.4{\times}1.5t@600$인 것으로 분석되었다. 덕면으로부터 곡부보까지의 높이는 안전적설심보다는 안전풍속에 직접적인 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 처마를 높임에 따라 측면풍속에 대해서는 방풍벽파이프(측벽서까래)를, 전후면 풍속에 대해서는 마구리기둥의 규격을 강화하여야 하는 것으로 분석되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.63-72
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• 2020

본 연구의 목적은 원자로 1400(APR 1400) 원자력 발전소(NPP)의 원자로 격납건물(RCB) 내진성능에 대해 상이한 수치모델과 지진 주파수 성분의 영향을 평가하는 것이다. 집중 질량 막대 모델(lumped-mass stick model, LMSM)과 3차원 유한요소모델(three-dimensional finite element model, 3D FEM)의 두 가지 수치 모델이 시간이력해석을 수행하기 위해 개발되었다. LMSM은 기존의 집중 질량 보-요소를 사용하여 SAP2000으로 구성하였으며, 3D FEM은 각기둥 입체-요소를 사용하여 ANSYS로 작성되었다. 저주파수 및 고주파수 성분을 고려한 두 그룹의 지진파를 시간이력해석에 적용하였다. 저주파수 지진파의 응답스펙트럼을 NRC 1.60의 설계 스펙트럼과 일치되도록 조정하여 작성하였으며, 고주파수 지진파는 10Hz ~ 100Hz의 고주파수 범위를 갖도록 생성하였다. RCB의 지진응답은 다양한 높이에서 층응답스펙트럼으로 검토하였다. 수치해석 결과, 저주파수 지진에 의한 구조물의 FRS 결과는 두 수치 모델에서 매우 유사한 결과를 보였다. 하지만, 고주파수 지진에 의한 LMSM의 FRS 결과는 고차 고유 주파수 영역에서 3D FEM과 큰 차이를 보였으며, RCB의 낮은 높이에서 명확한 차이를 보였다. 3D FEM이 정확한 구조물의 응답을 나타내는 것으로 가정한다면, RCB의 LMSM은 고주파수 지진에 의한 FRS 결과의 고차 고유 주파수 영역에서 일정 수준의 불일치성을 내포하고 있다.

• 구강회복응용과학지
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• 제25권4호
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• pp.375-390
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• 2009

하악 완전 무치악 환자에서 이공 사이에 2개의 임플란트를 식립한 후 4종류의 어태치먼트를 사용한 하악 오버덴쳐를 제작하여 유한요소 모델을 만들고 여기에 3가지 하중 조건을 가하여 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 10.0을 이용하여 어태치먼트 종류에 따른 임플란트 주위골과 보철물 및 임플란트와 골 사이 계면에 발생하는 최대 응력의 크기와 응력 분포양상을 분석하였다. 하악골체의 전체적인 골격구조에서 치아 부분은 오버덴쳐로 모델을 형성하였고 오버덴쳐와 하악골 사이에 2mm 두께의 점막을 삽입하였다. 임플란트 오버덴쳐의 유한요소 모델은 ball and socket, Locator, magnet, bar의 각각 4가지 형태를 제작하였다. 고정체의 식립 위치는 양측 이공 전방이고, 경계 조건 중 고정점은 하악각 부위와 모형의 최후방 절점들을 고정점으로 설정하였다. 하중조건은 오버덴쳐의 좌측 제 2소구치에서 제 2대구치 편측 부위에 170N의 하중을, 좌 우측 제 2소구치에서 제 2대구치 양측 부위에 170N의 하중을, $90^{\circ}$수직 방향, $45^{\circ}$경사, 그리고 $0^{\circ}$ 수평 방향으로 가하였다. 결과 분석시 모든 하중방향에서 응력의 크기는 bar에서 임플란트나 오버덴쳐에서 가장 크게 나타났으며, 계면에서의 응력은 모든 어태치먼트에서 비슷한 응력분포가 나타났다. Ball and socket, Locator, magnet에서는 유의성을 보이지 않았다. 응력의 분포도에서는 4종류의 어태치먼트 모두 임플란트 치경부에서 응력이 집중된 양상을 보였으며 bar타입에서는 bar의 중앙에 응력이 크게나타났다. 이상의 결과로 볼 때 어태치먼트의 종류에 따라 응력분포의 차이가 있었음을 확인할 수 있었다. 어태치먼트의 선정 시 응력집중을 완화시킬 수 있는 바람직한 설계와 선택이 필요하리라 사료된다.

• 대한치과교정학회지
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• 제36권3호
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• pp.178-187
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• 2006

본 연구는 고정원 보강을 위하여 사용하는 교정용 미니임플랜트의 직경 및 식립각도에 따른 응력 분포 양상을 알아보기 위하여 시행되었다. 미니임플랜트의 직경 및 피질골 표면에 대한 식립각도에 따른 응력 분포 양상을 관찰하기 위하여 $15{\times}15{\times}20mm^3$의 육면체에서 식립되는 피질골의 두께를 1.0 mm로 하였으며, 미니임플랜트의 길이를 8.0 mm로 고정하고 직경은 1.2 mm, 1.6 mm와 2.0 mm, 식립각도는 피질골 표면에 대해 $90^{\circ},\;75^{\circ},\;60^{\circ},\;45^{\circ}$ 및 $30^{\circ}$인 3차원 유한요소 모델로 제작한 다음, 미니임플랜트 두부중심에 각도 변화 평면에 대하여 수직 방향으로 200 gm의 수평력을 가하여 응력 분포 양상과 크기를 3차원 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 비교하였다. 골에 나타나는 최대 응력은, 식립각도와 무관하게 미니임플랜트의 직경이 증가할수록 응력이 감소하였고, 대부분의 응력이 피질골에서 흡수되었다. 또한 미니임플랜트의 직경이 증가하고 식립각도가 감소함에 따라 피질골과 접촉면적이 유의성 있게 증가하였으나, 피질골에 나타나는 최대응력은 식립각도 보다 피질골 표면과 접촉하는 미니임플랜트 위치가 더 유의한 연관성을 가졌다. 이상의 결과는 미니임플랜트 사용 시 골내 응력 분포는 식립각도의 감소보다는 미니임플랜트 직경 증가와 미니임플랜트와 피질골 표면의 접촉위치가 미니임플랜트의 유지 및 안정성에 영향을 주므로 미니임플랜트의 식립 시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 생각된다.