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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 골유착성 임플랜트를 이용한 단일 구치 수복에서 임플랜트의 직경을 증가시켰을 때와 상부 보철물과의 연결부위의 직경을 증가시켰을 때 외부 육각형태의 연결방식 및 내부 원추형의 연결방식이 응력 분포에 있어 어떤 상관관계를 갖는지 3차원 유한요소분석 연구로 알아보았다.
가설 설정
- 임플랜트가 식립된 악골의 응력 분포는 본 실험에서는 관찰하고자 하는 것이 아니므로 임의로 해면골의 골질과 골량을 갖는 것으로 가정하였다. 완성된 모형의 결점과 요소 수는 Table I 과 같다.
제안 방법
- 5 수치를 적용하였고闵> 모형 I 과 모형 I 간에 비 교가 용이하도록 하기 위해 임플랜트의 나사산은 좌우 대칭형으로 설계하였고 첫 번째 지대주의 나사산도 두 모형간에 같은 높이에 위치하도록 하였다. 35 Ncm의 조임 회전력을 주었을 때 각각 모형 I 과 모형 II 의 지대주 나사에 걸리는 전하중의 양을 계산해 모형상의 두 접촉면 사이의 접촉량을 조절함으로써 모형에 입력하였다. 상부 보철물에 축방향, 1S 측방향, 30° 측방향에서 300N의 정적 하중을 가해 임플랜트-지대주 연결부위의 응력분포 양상에 대한 3차원 유한 요소 분석을 ANSIS (Version 5.
- 관찰하고자 하는 부위는 임플랜트-지대주 연결 부위와 임플랜트-지대주 나사 연결부위이므로 이 부위는 두 접촉면의 분리를 허용할 수 있는 비선형 접촉 분석을 시행하였다. 접촉 한계는 0.
- 5師로 설정하고 두 접촉면 간의 마찰로 인한 미끄러짐 접촉을 허용하였다. 마찰 계수는 모든 면에서 동일하게 0.5 수치를 적용하였고闵> 모형 I 과 모형 I 간에 비 교가 용이하도록 하기 위해 임플랜트의 나사산은 좌우 대칭형으로 설계하였고 첫 번째 지대주의 나사산도 두 모형간에 같은 높이에 위치하도록 하였다. 35 Ncm의 조임 회전력을 주었을 때 각각 모형 I 과 모형 II 의 지대주 나사에 걸리는 전하중의 양을 계산해 모형상의 두 접촉면 사이의 접촉량을 조절함으로써 모형에 입력하였다.
- 6N으로 보고하였다. 본 실험에서는 정적인 하중임을 고려해 300N의 하중을 가하였다.
- )work station상에서 3차원 유한요소모형을 설계하였다. 외부 육각 형태의 연결방식을 갖는 임플랜트와 지대주, 지대주 나사 및 상부 보철물로 구성된 3차원 유한 요소 모형과 내부 원추형의 연결방식을 갖는 임플랜트와 지대주, 지대주 나사 및 상부 보철물로 구성된 3차원 유한요소 모형을 설계하고 각각 모형 I 과 모형 II 두 그룹으로 분류한 뒤 , 각 그룹에서 임플랜트의 직경이 4mm인 경우, 5mm인 경우, 그리고 임플랜트의 직경은 5mm이고 상부 연결부의 직경이 6mm인 세 가지 모형을 설계해 모두 6개의 모형을 설계하였다(Fig. 1, 2).
- 유한요소모형 설계용 소프트웨어인 I-DEAS (master series version 3.0, Structural Dynamics Research Corporation, Milford, Ohio, U.S.A.)를 이용하여 Iris Indigo(Silicone graphics Inc., U.S.A.)work station상에서 3차원 유한요소모형을 설계하였다. 외부 육각 형태의 연결방식을 갖는 임플랜트와 지대주, 지대주 나사 및 상부 보철물로 구성된 3차원 유한 요소 모형과 내부 원추형의 연결방식을 갖는 임플랜트와 지대주, 지대주 나사 및 상부 보철물로 구성된 3차원 유한요소 모형을 설계하고 각각 모형 I 과 모형 II 두 그룹으로 분류한 뒤 , 각 그룹에서 임플랜트의 직경이 4mm인 경우, 5mm인 경우, 그리고 임플랜트의 직경은 5mm이고 상부 연결부의 직경이 6mm인 세 가지 모형을 설계해 모두 6개의 모형을 설계하였다(Fig.
- 시스템내부의 응력 분포 양상을 알 수 있고 어떤 부분이 응력분포에 있어 취 약한 부분인지 알 수 있다. 접촉과 마찰이 본 분석에 있어 매우 중요하므로 두 접촉면 사이의 분리를 허용하지 않는 선형 탄성 분석은 적합하지 않아 비선형 접촉 분석을 시행하였으며, 실제와는 달리 좌우 대칭형으로 임플랜트의 나사구조를 모형화하였지만, 임플랜트의 식립과 같이 축 방향으로 모멘트가 발생하는 상황이 아닌 한 결과에 아무런 영향을 미치지 않기 때문에 실험의 용이성을 위해 가상의 나사구조를 모형화하였다.
대상 데이터
- 완성된 모형의 결점과 요소 수는 Table I 과 같다. 실험에 사용된 물성치는 Table II 와 같이 제조사의 설명이나 기존의 자료를 참조로 하였다”"
데이터처리
- 35 Ncm의 조임 회전력을 주었을 때 각각 모형 I 과 모형 II 의 지대주 나사에 걸리는 전하중의 양을 계산해 모형상의 두 접촉면 사이의 접촉량을 조절함으로써 모형에 입력하였다. 상부 보철물에 축방향, 1S 측방향, 30° 측방향에서 300N의 정적 하중을 가해 임플랜트-지대주 연결부위의 응력분포 양상에 대한 3차원 유한 요소 분석을 ANSIS (Version 5.5 Swanson Analysis System Incorporation, U.S.A.) 유한요소분석 프로그램을 이용하여 Iris Indigo workstation상에서 시행하였다.
성능/효과
- 1. 내부 원추형 연결방식이 외부 육각 연결방식에 비해 훨씬 적은 인장응력값을 보였다.
- 2. 측방향 하중에 대해서도 내부 원추형 연결방식이 외부 육각 연결방식에 비해 효과적인 응력분포를 보였다.
- 3. 외부 육각 연결방식에서 임플랜트의 직경이 증가했을 때 인장응력 값의 감소를 보였다.
- 증가가 관찰되었다. 30°측방향의 하중에 대해선 두 가지 방식에서 모두 응력값의 증가를 보였지만 내부 원추형 연결 방식이 더 증가량이 컸다. 최대수직변위량을 비교해보면 외부 육각 연결방식에선 하중의 각도가 커질수록 연결계면이 지대주 방향으로 변위량이 증가했으나 내부 원추형 연결 방식에선 연결 계면이 임플랜트 방향으로 변위량이 증가했으며, 절대값은 비슷한 값을 나타냈다.
- 4. 내부 원추형 연결방식에서 임플랜트 직경이 증가했을 때 인장응력값의 감소는 외부 육각 연결방식에 비해 적었다.
- 4mm 직경을 갖는 두 가지 임플랜트의 최대 주응력 값을 비교해 보면, 축방향의 하중을 가했을 때에는 내부 원추형 연결방식에서 훨씬 작은 응력 값을 보였고, 1S측방향의 하중을 가했을 때 외부 육각 연결방식에선 큰 차이가 없었지만 내부 연결방식에선 많은 증가가 관찰되었다. 30°측방향의 하중에 대해선 두 가지 방식에서 모두 응력값의 증가를 보였지만 내부 원추형 연결 방식이 더 증가량이 컸다.
- 있어서도 감소를 보이고 있다. 4mm, 5mm 모형 모두에서 하중의 각도가 증가함에도 최대 주응력 값에는 큰 변화가 없었으나 수직변위 량은 크게 증가하였다.
- 5. 상부 연결부의 직경이 증가했을 때 인장 응력 값의 감소는 직경이 증가했을 때보다 훨씬 적었다.
- 모형 I 군과 D 군에서 표준 직경을 갖는 두 가지 연결방식을 비교해 볼 때 축방향 하중에 대해선 내부 원추형 연결방식이 응력분포에 있어 훨씬 유리 한 것으로 보였고, 하중의 각도가 커질수록 내부 원추형 연결방싀의 최대응력값이為대적으로 크게 증가하였지만 응력분포 양상에선 외부 육각 연결방식이 넓은 부위에 더 큰 응력분포를 보였고 하중을 가한 반대 측에서도 응력의 집중을 보인 반면 내부 원추형 연결방식 에선 좁은 부위에 작은 응력 값의 분포를 보였고 반대측에선 응력의 집중을 거의 볼 수 없었다. 변위의 양상에서 유의할 만한 것은 외부 육각 연결방식에선 하중의 각도가 커질수록 지대주 방향으로의 변위가 증가하는 반면 내부 원추형 연결방식에선 임플랜트 방향으로의 변위가 증가한 것인데, 이는 연결 계면의 형태학적인 특징에 의한 결과인 것으로 생각된다.
- 본 실험에서는 두 가지 연결방식 모두 임플랜트의 직경이 4mm에서 5mm로 증가했을 때 최대 응력 값의 큰 감소를 볼 수 있었고 최대 수직 변위량도 감소하였다. 하지만, 상부 보철물 연결부의 직경의 증가는 응력분포나 변위에 큰 영향을 미치지 못하였다.
- 보였다. 최대 수직 변위량에서도 하중의 방향에 상관없이 오히려 약간 증가하는 경향을 보였다.
- 30°측방향의 하중에 대해선 두 가지 방식에서 모두 응력값의 증가를 보였지만 내부 원추형 연결 방식이 더 증가량이 컸다. 최대수직변위량을 비교해보면 외부 육각 연결방식에선 하중의 각도가 커질수록 연결계면이 지대주 방향으로 변위량이 증가했으나 내부 원추형 연결 방식에선 연결 계면이 임플랜트 방향으로 변위량이 증가했으며, 절대값은 비슷한 값을 나타냈다.
- 축방향 하중과 15도 측방향 하중에 대해선 최대주응력 값이 약간 감소하는 경향을 보였고 30도 측방향 하중에 대해서 최대 주응력은 약간 증가하였지 만응력 분포 양상을 보면 전체적으론 응력이 감소하는 경향을 보였다. 최대 수직 변위량에서도 하중의 방향에 상관없이 오히려 약간 증가하는 경향을 보였다.
- 축방향 하중에 대해선 약간의 최대 주응력 감소를 보이고 하중의 각도가 증가함에 따라 최대 주응력이 크게 감소하였다. 수직 변위량도 하중의 각도가 증가함에 따라 큰 폭으로 감소하였다.
후속연구
- 본 실험에서의 모든 결과를 고찰해 볼 때 구치부에서의 단일치 수복에서 연결부의 안정성을 위해서는 표준 직경의 임플랜트를 사용하는 경우 더 효과적인 응력분포를 보이는 내부 원추형 연결 방식의임플랜트가 유리할 것이고, 굵은 직경의 임플랜트는 두가지 연결방식에서 모두 응력의 감소를 보이고 있으므로 연결부의 안정성을 위해서 효과적으로 사용될 수 있을 것이나 외과적 손상의 가능성 등 생물학적인 부작용에 유의하여야 할 것이다.
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