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문제 정의
- offset의 차。], 브라켓간 거리, 이동속도 등에 따른 마찰력을 분석, 종합하여 이에 영향을 주는 요소들 간의 상호관계를 알아보고자 하는데 있다.
가설 설정
- 브라켓과 교정선 종류에 따른 마찰력 비교를 위해 견치와 제2 소구치용 브라켓들을 슬라이드에 교정자 (OIS Orthodontics part #003-067)를 이용하여 10 mm 간격으로 각각 위치시켰다. 10 mm 간격은 발치와의 거리를 가정한 것이다. 그 다음 0.
제안 방법
- 건조환경과 타액 환경에 따른 마찰력 차이는 Mini Twin 브라켓에 0.016" 원형 및 0.016" X 0.022" 각형 SS 교정선, NiTi 교정선, Cu-NiTi 교정선을 탄성 모듈로 결찰, 제작하여 마찰력을 측정 할 때 인공타액을 떨어뜨려 습윤상태를 유지시키면서 측정하여 건조환경 실험에서 얻은 결과와 비교하였다. 각각의 시편들에 대하여 40개씩 제작하여 총 240개의 시편들을 제작하였다.
- 결찰방법에 따른 마찰력을 비교하기 위해서 Mini Twin 브라켓에 0.016" 원형 및 0.016" X 0.022〃 사각형 SS 교정선, NiTi 교정선, Cu-NiTi 교정선을 0.009” 스테인레스 강 결찰선을 Mathieu plier로 7번 균일하게 회전, 결찰한후 마찰력을 측정하였으며, 탄성 모듈로 결찰한 시편의 마찰력은 브라켓과 교정 선종류에 따른 마찰력 측정 실험에서 얻은 결과를 이용하였다. 7번 회전, 결찰한 이유는 교정선이 브라켓에 가장 강하게 결찰되어 절단되기 직전의 경우를 예비실험을 통하여 확인된 것을 따른 것이다.
- 마찰력에 관련된 브라켓의 종류, 교정선의 재질과 형태, 결찰방법의 차이, 건조환경과 타액환경의 차이, 브라켓간 offset의 차이, 브라켓간의 거리, 이동속도 등에 따른 마찰력의 변화를 비교, 분석하여 각 요소들 간의 관계를 알아보기 위해 0.018" X 0.025” 인 8종류의 상악 견치와 상악 제2 소구치용 브라켓을 슬라이드 위에 부착시키고 0.016" 원형 및 0.016" X 0.022” 사각형 스테인레스 스틸 교정선과 같은 크기의 NiTi 교정선 및 Cu-NiTi 교정선을 이용하여 서로 다른 조건에서 Instron으로 마찰력을 측정한 후 다음의 결과를 얻었다.
- 브라켓이 부착된 슬라이드를 Ins tron의 하부에 고정시키고 cross-head 부위에 교정선을 위치시켰다. Instron은 2000g load cell로 맞주고 cross- head의 속도를 10 mm/min으로 3분간 이동시키면 서브 라켓 슬롯, 교정선, load cell의 중심을 일치시킨 상태에서 인장력을 가하여 얻어지는 하중-변위 곡선으로부터 관찰되는 하중의 최대점을 브라켓과 교정선 사이에서 발생하는 정지 마찰력으로 측정하였다(그림 1).
- 마찰력 은 Instron universal testing machine (Mo del No. 4806, Instron Corporation, USA) 을 이용하여 측정하였다. 브라켓이 부착된 슬라이드를 Ins tron의 하부에 고정시키고 cross-head 부위에 교정선을 위치시켰다.
- 준비하였다. 브라켓과 교정선 종류에 따른 마찰력 비교를 위해 견치와 제2 소구치용 브라켓들을 슬라이드에 교정자 (OIS Orthodontics part #003-067)를 이용하여 10 mm 간격으로 각각 위치시켰다. 10 mm 간격은 발치와의 거리를 가정한 것이다.
- 치아들의 이동속도에 따른 마찰력의 비교를 위해서는 Mini-Twin 브라켓에 0.016” 원형 SS 교정선을 탄성 모듈로 결찰하여 제작한 시편들에 Instron의 cross -head 속도를 K) mm/min, 5 mm/min, 2.5 mm/min으로 변화시키면서 마찰력을 측정하여 비교하였다. 본 실험을 위하여 총 3040개의 시편들을 제작하였다.
- 022" 사각형의 SS 교정선, NiTi 교정선, Cu-NiTi 교정선을 각각 위치시키고 탄성모듈을 이용하여 결찰하였다. 탄성 모듈을 결찰할 때 ligature gun(Stra- ight Shooter®, TP, USA)을 이 용하여 균일한 결찰이되도록 하였다. 실험을 위하여 8종류의 브라켓, 재질에 따른 3종류의 교정선, 형태에 따른 2종류의 교정선 등에 의해 각각 조합된 시편 48개에 각각 40개씩 총 1920개의 시편들을 제작하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 브라켓은 모두 8종으로 0.018" X 0.025" 슬롯의 상악 견치 와 상악 제2 소구치 용 Roth prescription straight 브라켓이었다. 그 종류는 금속브라켓인 Mini-Twin®, polycrystalline 세라믹 브라켓인 Allure®, monocrystalline 세라믹 브라켓 인 Sta rfire®, 세라믹과 합성된 플라스틱 브라켓인 Vogue®, 금속 슬롯을 갖는 플라스틱 브라켓인 Elan®, single 브라켓인 Lewis/Lang®, 자가결찰 브라켓인 SPEED ®, frictionless 브라켓인 Shoulder® 등이다(Table 1).
- 7번 회전, 결찰한 이유는 교정선이 브라켓에 가장 강하게 결찰되어 절단되기 직전의 경우를 예비실험을 통하여 확인된 것을 따른 것이다. 실험을 위하여 각각의 시편들에 대하여 40개씩 제작하여 총 240 개의 시편들을 제작하였다.
- 0 mm 인 경우의 마찰력은 기왕의 실험에서 얻은 결과를 이용하였다. 각각의 시편들에 대하여 40개씩 제작하여 총 320개의 시편들을 제작하였다. 브라켓간 거리에 따른 마찰력의 차이를 비교하기 위 해 Mini-Twin 브라켓들을 7 mm, 5 mm 간격 으로부착하고 0.
- 009" 스테인레스 강 결찰선 (Uni- tek, USA)을 사용하였다. 건조 환경과 타액환경의 비교를 위해 인공타액 (Taliva®, Han Lim co., Korea)을사용하였다.
- 5 mm/min으로 변화시키면서 마찰력을 측정하여 비교하였다. 본 실험을 위하여 총 3040개의 시편들을 제작하였다.
- 실험 시편의 제작을 위해 브라켓 부착부위를 산화알루미늄으로 표면처리한 후 오염을 제거하기 위해알콜로 세척, 건조시킨 슬라이드들을 준비하였다. 브라켓과 교정선 종류에 따른 마찰력 비교를 위해 견치와 제2 소구치용 브라켓들을 슬라이드에 교정자 (OIS Orthodontics part #003-067)를 이용하여 10 mm 간격으로 각각 위치시켰다.
- 탄성 모듈을 결찰할 때 ligature gun(Stra- ight Shooter®, TP, USA)을 이 용하여 균일한 결찰이되도록 하였다. 실험을 위하여 8종류의 브라켓, 재질에 따른 3종류의 교정선, 형태에 따른 2종류의 교정선 등에 의해 각각 조합된 시편 48개에 각각 40개씩 총 1920개의 시편들을 제작하였다.
- 7번 회전, 결찰한 이유는 교정선이 브라켓에 가장 강하게 결찰되어 절단되기 직전의 경우를 예비실험을 통하여 확인된 것을 따른 것이다. 실험을 위하여 각각의 시편들에 대하여 40개씩 제작하여 총 240 개의 시편들을 제작하였다.
데이터처리
- 유의수준 5%에서 사후 검정하였다. 또 브라켓 간의 offset 변화, 브라켓간 거리 변화, 속도 변화에 따른 마찰력의 비교는 회귀 분석을 통하여 각 군의 유의성을 유의 수준 5%에서 검정하였다.
- 실험 계측치를 기록하고 각 조건의 항목별 평균치와 표준편차를 구한 후 각 항목간의 유의성 여부를 알아보고 비교하기 위하여 삼원 분산 분석 (three- way analysis of variance)으로 검정한 후 Tukey's studentized range test와 Duncan's multiple range test로 유의수준 5%에서 사후 검정하였다. 또 브라켓 간의 offset 변화, 브라켓간 거리 변화, 속도 변화에 따른 마찰력의 비교는 회귀 분석을 통하여 각 군의 유의성을 유의 수준 5%에서 검정하였다.
성능/효과
- 1. 브라켓의 종류에 따른 마찰력의 차이는 Polyciyst- alline 세라믹 브라켓인 Allure의 평균 마찰력이 가장 높게 나타났고, 세라믹과 합성된 플라스틱 브라켓인 Vogue, 금속 브라켓인 Mini-Twin, 금속 슬롯을 갖는 플라스틱 브라켓인 Elan, monociystalline 세라믹 브라켓인 Starfire, single 브라켓인 Lewis/ Lang, 자가결찰 브라켓인 SPEED의 순으로 감소하였으며, frictionless 브라켓인 Shoulder의 평균마찰력이 가장 낮았다. 자가결찰 브라켓은 원형 교정 선에서는 낮은 마찰력을 나타냈고, 사각형 교정 선에서는 높은 마찰력을 나타냈다’
- 2. 교정선 재질에 따른 평균마찰력은 스테인레스 스틸 교정선이 다른 교정선들에 비해 통계학적으로 유의하게 낮았으며, NiTi 교정선, Cu-NiTi 교정선 순으로 평균 마찰력이 높았다. 교정선의 형태에 따른 마찰력은 원형 교정선의 평균마찰력이 각형 교정 선보다 낮았다.
- 최근 교정분야에는 심미성을 보완하여 금속 브라켓 이외에 세라믹, 플라스틱 등 다양한 소재의 브라켓이 개발되었는데, 세라믹 브라켓은 색상, 투명성, 내마모성에서는 장점이 있지만 대합치의 마모나 브라켓 제거시 치 아의 파절, 마찰력 이 매우 큰 것들이 단점이다. 3)플라스틱 브라켓은 변색과 착색, 형태의 변형, 파절 가능성, 큰 마찰력 등이 단점으로 지적되고 있다.4)이러한 단점을 보완하기 위해 현재는 슬롯에 금속이 보강된 세라믹이나 플라스틱 브라켓, 세라믹과 플라스틱의 합성 브라켓들이 새롭게 개발되어 마찰력과 기계적 성질 등의 단점을 극복하고있다.
- 3. 본 연구에서 스테인레스 강으로 결찰했을 때의 평균마찰력이 탄성모듈로 결찰했을 때에 비해 모든 조건에서 통계학적으로 유의하게 높았다.
- 4. 건조환경에서의 금속 브라켓에 스테인레스 스틸 교정선, NiTi 교정선 및 Cu-NiTi 교정선의 평균마찰력은 타액환경에서보다 유의하게 낮았다.
- 5. 브라켓간 offset이 증가함에 따라 평균마찰력은 유의하게 증가하였다.
- 6. 브라켓간 거리의 변화에 대한 마찰력의 차이는 교정 선의 재질에 따라 차이가 나며, 스테인레스 스틸 교정 선은 브라켓간 거리가 감소할 때 마찰력이 유의하게 변화하지 않았으나, NiTi 교정선의 경우는 유의하게 증가하였다.
- 7. 브라켓내의 교정선의 이동속도에 따라 마찰력은 유의하게 변화하지 않았다.
- 결찰방법에 따른 마찰력(표 IV)은 모든 조건에서스테인레스 강으로 결찰했을 때의 평균마찰력이 탄성 모듈로 결찰했을 때에 비해 통계적으로 유의하게 높음을 알 수 있다CPV0.05).
- 교정선의 재질에 따른 평균마찰력은 브라켓 종류나 교정선의 형태를 고려하지 않았을 때 SS 교정 선이 137.17g으로 167.43g의 NiTi 교정선이나 230.27g 의 Cu-NiTi 교정선 보다 유의하게 낮았다CP<0.05). 교정선의 형태에 따른 마찰력의 차이는 브라켓 종류나 교정선의 재질을 고려하지 않았을 때 원형 교정 선의 평균마찰력이 125.
- 교정선의 재질이나 형태를 고려하지 않을 때 A1- lure의 평균 마찰력이 283.37g으로 가장 높게 나타났고, Vogue, Mini-Twin, Elan, Starfire, Lewis/Lang, SPEED의 순으로 감소하였으며, Shoulder의 마찰력이 3.87g으로 가장 낮았다. Vogue와 Mini-Twin의 평균 마찰력은 유사하여 두 군간에는 통계학적으로 유의한 차이가 없었다CP>0.
- 05). 교정선의 형태에 따른 마찰력의 차이는 브라켓 종류나 교정선의 재질을 고려하지 않았을 때 원형 교정 선의 평균마찰력이 125.92g으로 사각형 교정선의 230.65g보다 통계적으로 유의하게 낮았다CP<0.05).
- 마찰력이 변화한다는 것을 보여준다. 또한 브라켓의 종류와 교정선의 재질사이의 상호작용, 교정선의재질와 교정선의 형태사이의 상호작용, 브라켓의 종류와 교정선의 형태사이의 상호작용 그리고 세 가지 독립적인 요소들 사이의 상호작용이 있다는 것을 알 수 있었다(P<0.05). 세가지 요소들 중 마찰력에 가장 크게 영향을 미치는 것은 교정선의 형태이며 브라켓의 종류, 교정선의 재질순이었다.
- Gamer 들如)은 실험을 통해 원형호선에서보다 각형 호선에서 마찰력이 더 크다고 보고하였으며 이것은 사각형 교정선에서 실제 접촉 면적이 증가하기 때문이라고 설명했다. 본 실험에서는 SS 교정선이 NiTi 교정선이나 Cu-NiTi 교정선보다 마찰력이 적었으며 원형 교정선이 각형 교정선보다 적었다. 그러므로 마찰 역학으로 치아 이동시에는 주교정선으로 SS 교정 선을 사용하여 브라켓과 교정선 사이의 마찰력에 의하여 교정력이 감소되는 것을 최소한으로 하는 것이 유리할 것으로 사료된다.
- Omana 들幻) 도 부드러운 금속 결찰선을 사용할 때 아무리 균일하게 결찰하려는 노력을 하더라도 발생하는 마찰력은 다양하다고 하였다. 본 실험에서는 스테인레스 강 결찰의 마찰력이 탄성모듈에서 보다 높게 나타났다. 본 실험의 결과로 결찰방식을 적용할 때 활주이동을 할 부위는 마찰력이 작은 결찰법을, 다른 치아를 이동시키기 위한 고정원으로 사용되는 치아에서는 보다 큰 마찰력을 나타내는 결찰법을 이용함으로써 원하는 효과를 증대시키는 것이 바람직하다고 생각된다23).
- Shivapuja와 Berger">는 일반 브라켓들에 비해 자가결찰 브라켓의 마찰력이 상당히 감소된다고 하였고, Berger⑸는 SPEED 브라켓에서 12 %에서 23%의 감소를 보고하였다. 본 실험에서도 자가결찰 브라켓의 마찰력은 원형 교정선에서 다른 브라켓들보다 통계학적으로 유의하게 낮았다. 브라켓 폭 경이 작은 sin이e 브라켓의 마찰력이 twin 브라켓들보다 낮았는데 브라켓의 폭경이 클 때 마찰력이 증가한 것은 동일한 굵기의 탄성 모듈을 폭경이 큰 브라켓에 결찰하기 위해서는 더 많이 당겨져야 하므로 브라켓에 가해지는 고정력 자체가 증가했기 때문으로 사료된다.
- 0 mm이하의 각도에서는 직선적으로 증가하나 그 이상일 경우에는 비 직선적으로 증가한다고 보고하였다. 본 연구에서도 NiTi 교정선이나 Cu-NiTi 교정선에서 마찰력이 증가하였고 강도가 가장 강한 SS에서의 마찰력은 측정범위를 벗어날 정도였다.
- 분산분석의 결과는 세가지 독립적인 요소 즉 브라켓의 종류, 교정선의 재질 그리고 교정선의 형태에 따라 마찰력이 변화한다는 것을 보여준다. 또한 브라켓의 종류와 교정선의 재질사이의 상호작용, 교정선의재질와 교정선의 형태사이의 상호작용, 브라켓의 종류와 교정선의 형태사이의 상호작용 그리고 세 가지 독립적인 요소들 사이의 상호작용이 있다는 것을 알 수 있었다(P<0.
- 브라켓간 거리의 변화에 대한 마찰력(표 VU)의 차이는 교정선의 재질에 따라 차이가 나서, SS 교정 선에서는 브라켓간 거리가 감소하면서 마찰력이 유의하게 변화하지 않았으나, NiTi 교정선의 경우는 유의하게 증가하였다CP<0.05).
- 05). 세가지 요소들 중 마찰력에 가장 크게 영향을 미치는 것은 교정선의 형태이며 브라켓의 종류, 교정선의 재질순이었다.
후속연구
- 교정치료는 장기간 치료를 요하며 치료시기에 따라서 요구하는 생체역학이 다르므로 상황에 따라 재료를 선택하는 것이 중요하며 새로운 재료들에 대해서는 향후 더욱 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- Pratten 들25)은 금속 브라켓에 SS 교정 선인 경우 건조환경에 비해 타액환경에서 마찰력이 최대 35%증가를 보인다고 보고하였다. 본 실험에서는 타액이 마찰력을 증가시키는 것으로 나타나서, 교정치료 시 환자들의 구강은 타액환경이므로 건조환경보다 마찰력이 증가한다는 것을 고려하여야 할 것으로 사료된다. 타액 환경에서 한가지 고려해야 할 요소는 타액에 의한 금속의 부식현상으로 시간이 경과함에 따라 브라켓과 교정선의 표면부식에 의해 마찰력이 증가할 것으로 사료된다.
- 브라켓간 거리의 변화에 대한 마찰력의 차이는 교정선의 재질에 따라 차이가 나서 브라켓간 거리가 감소하면서 SS 교정 선에서는 마찰력이 유의하게 변화하지 않았으나, NiTi 교정선의 경우는 유의하게 증가하였으므로 발치 공간을 폐쇄 하는 단계 에서는 NiTi 교정 선보다 SS 교정 선의 사용이 바람직하다고 사료된다. 브라켓간의 거리가 짧아지는 경우 약간의 브라켓간의 배열의 차이가 나더라도 수직항력이 급격하게 증가하므로 NiTi의마찰력증가는 브라켓을 부착할 때 나타난 오차일 수 있으며 좀더 연구가 필요하리라 사료된다.
- 이상의 결과로 볼 때 교정 치료동안 적정 교정력을유지하기 위해 자가결찰 브라켓, 스테인레스 스틸 교정 선과 탄성모듈결찰법을 사용하는 것이 유리하며, 치료 시기에 따라서 요구하는 마찰력이 다르므로 상황에 따라 재료를 선택하는 것이 중요할 것으로 사료된다.
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