본 연구는 초탄성 니켈-타이타늄 wire로 수직적 높이 차이가 있는 치아의 leveling 과정을 재현하여 wire의 size와 결찰방법에 따른 force system의 변화를 알아보고 여기에 마찰력의 영향에 대해서 알아보고자 하였다. 브라켓은 0.018" slot의 standard twin bracket을 사용하였으며 교정용 wire는 0.014", 0.016" 그리고 0.016" ${\times}$ 0.022" NiTi를 이용하였고 수직적인 높이는 0에서 5 mm까지 1 mm 간격으로 부하와 탈부하 과정을 실험하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 마찰력은 loading 시 wire의 stiffness를 증가시켰으며, 0.014" NiTi를 O-ring 결찰을 한 경우에 현저한 stiffness의 증가를 나타내었다. Light wire (0.014)는 수직적으로 5 mm 변위된 치아의 이동 시 2 mm, 0.016"는 3 mm, 0.016" ${\times}$ 0.022"는 4 mm까지의 이동에 유용한 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 수직적 변위가 큰 경우에 light wire조차도 적절한 힘을 발휘하지 않은 것으로 나타났다.
본 연구는 초탄성 니켈-타이타늄 wire로 수직적 높이 차이가 있는 치아의 leveling 과정을 재현하여 wire의 size와 결찰방법에 따른 force system의 변화를 알아보고 여기에 마찰력의 영향에 대해서 알아보고자 하였다. 브라켓은 0.018" slot의 standard twin bracket을 사용하였으며 교정용 wire는 0.014", 0.016" 그리고 0.016" ${\times}$ 0.022" NiTi를 이용하였고 수직적인 높이는 0에서 5 mm까지 1 mm 간격으로 부하와 탈부하 과정을 실험하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 마찰력은 loading 시 wire의 stiffness를 증가시켰으며, 0.014" NiTi를 O-ring 결찰을 한 경우에 현저한 stiffness의 증가를 나타내었다. Light wire (0.014)는 수직적으로 5 mm 변위된 치아의 이동 시 2 mm, 0.016"는 3 mm, 0.016" ${\times}$ 0.022"는 4 mm까지의 이동에 유용한 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 수직적 변위가 큰 경우에 light wire조차도 적절한 힘을 발휘하지 않은 것으로 나타났다.
Objective: The purpose of this study was to evaluate the effect of force and moment produced by Nickel-titanium wires of different sizes at activation and deactivation according to differing vertical bracket displacement. Methods: Superelastic NiTi wires of 3 different sizes (0.014", 0.016", and 0.0...
Objective: The purpose of this study was to evaluate the effect of force and moment produced by Nickel-titanium wires of different sizes at activation and deactivation according to differing vertical bracket displacement. Methods: Superelastic NiTi wires of 3 different sizes (0.014", 0.016", and 0.016" ${\times}$ 0.022") were tied with elastomeric or 0.009-inch stainless steel ligations in a twin-bracket, 0.018-inch slot. A testing machine recorded the effects of simulated activation of 5 distances from 1 to 5 mm and deactivation of 5 distances from 4 to 0 mm, in increments of 1 mm. Results: Frictional force increased the wire stiffness during loading. Ligation of 0.014-inch NiTi wire with O-ring resulted in a significant increase in the stiffness. On application of orthodontic force for 5 mm of vertical displacement of teeth, the effective displacement in the case of the 0.014", 0.016", and 0.016" ${\times}$ 0.022" NiTi wires was 2 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively. Conclusions: Our results showed that movement of teeth with large vertical displacement was ineffective because of excessive friction. This finding might contribute to the understanding of the force system required for effective teeth movement and thereby facilitate the application of the appropriate light wire for leveling and alignment.
Objective: The purpose of this study was to evaluate the effect of force and moment produced by Nickel-titanium wires of different sizes at activation and deactivation according to differing vertical bracket displacement. Methods: Superelastic NiTi wires of 3 different sizes (0.014", 0.016", and 0.016" ${\times}$ 0.022") were tied with elastomeric or 0.009-inch stainless steel ligations in a twin-bracket, 0.018-inch slot. A testing machine recorded the effects of simulated activation of 5 distances from 1 to 5 mm and deactivation of 5 distances from 4 to 0 mm, in increments of 1 mm. Results: Frictional force increased the wire stiffness during loading. Ligation of 0.014-inch NiTi wire with O-ring resulted in a significant increase in the stiffness. On application of orthodontic force for 5 mm of vertical displacement of teeth, the effective displacement in the case of the 0.014", 0.016", and 0.016" ${\times}$ 0.022" NiTi wires was 2 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively. Conclusions: Our results showed that movement of teeth with large vertical displacement was ineffective because of excessive friction. This finding might contribute to the understanding of the force system required for effective teeth movement and thereby facilitate the application of the appropriate light wire for leveling and alignment.
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문제 정의
이 연구의 목적은 수직적 변위 차이가 있는 치아의 leveling 과정을 재현하여 wire의 size와 결찰방법에 따라 치아에 전달되는 force system의 변화를 알아보고 여기에 마찰력이 미치는 영향에 대해서 알아보고자 하였다.
제안 방법
0.014", 0.016" 그리고 0.016" × 0.022" NiTi wire마다 각 5회씩 실험을 하였다.
11 이를 이용하여 이론적으로 구한 모멘트와 본 실험에서 실제로 측정된 모멘트의 차이를 이용하여 마찰력의 상대적인 크기의 관찰이 가능하였다.
결찰 방법을 elastic module (O-ring)으로 바꾸어 실험을 위와 조건이 동일하게 시행하였다.
두 개의 브라켓은 sensor와 연결된 블락에 또 다른 브라켓은 sensor에 연결이 되지 않고 frame에 고정된 블락에 자가중합형 레진 Super C OrthoⓇ (AMCO international, W. Conshohocken, PA, USA)를 이용하여 접착하였다. 세 개의 브라켓은 바닥에 평행하고 wire의 만곡에 일치하며, 브라켓 간 간격은 7 mm로 유지하였으며 서로 높이 차이가 없이 평행하게 배열하였다 (Fig 1).
본 실험에서는 간접적인 방법으로 마찰력을 측정하여 비교해 보았는데 wire가 마찰력 등의 원인으로 브라켓에서 자유롭게 빠져나갈 수 없는 상황이 되면 브라켓에 모멘트를 유발한다.11 이를 이용하여 이론적으로 구한 모멘트와 본 실험에서 실제로 측정된 모멘트의 차이를 이용하여 마찰력의 상대적인 크기의 관찰이 가능하였다.
치아 이동 과정에서 가능한 빠르고 정확하게 치아를 움직이기 위해서는 브라켓과 교정용 선재 사이에 발생되는 마찰에 대한 이해가 중요하다. 본 연구에서는 교정치료 초기의 수직적 높이 차이가 있는 치아를 leveling하는 상황을 재현한 모델을 제작하고 NiTi wire를 삽입하여 브라켓에서 발생하는 힘과 모멘트를 측정하였다.
브라켓에서 발생하는 힘과 모멘트를 실시간으로 측정할 수 있는 측정 센서(OrthoMeasure, Young Research & Development. Inc., Avon, CT, USA)를 원하는 위치에 장착하기 위해서 frame을 제작하였으며 각각의 측정센서를 원하는 위치 및 높이로 이동할 수 있도록 fixture를 제작하였다.
Conshohocken, PA, USA)를 이용하여 접착하였다. 세 개의 브라켓은 바닥에 평행하고 wire의 만곡에 일치하며, 브라켓 간 간격은 7 mm로 유지하였으며 서로 높이 차이가 없이 평행하게 배열하였다 (Fig 1).
대상 데이터
, Sendai, Japan)를 사용하였다. 결찰재로는 0.009 Stainless Steel ligation과 elastic module (O-ring, Dispense-a-tie ligature clear, TP Orthodontics Inc., IN, USA)를 사용하였다.
본 실험에서 사용한 교정용 브라켓은 0.018 slot size Stainless Steel 재질의 하악 중절치용 standard twin bracket (Tomy Co., Sendai, Japan)이며, 교정용 wire로는 0.014", 0.016" 그리고 0.016" × 0.022" NiTi(SentalloyⓇ, Tomy Co., Sendai, Japan)를 사용하였다.
본 연구에 사용된 arch wire는 같은 회사의 같은 성분의 재료로서 modulus of elasticity (E) 값은 동일하므로, 각 wire가 변화되면 cross sectional stiffness (I)에 비례하여 Fav와 Mb가 변화되어야 하며 이는 activation 양이 동일한 경우에 해당된다. 한 종류의 wire에서 수직적인 높이가 높아지면 Fav와 Mb는 각도 a, b값에 의해서 변화되며 본 실험은 geometry I에 해당되므로 각도 a와 b는 같고 이 각도에 비례하여 Fav, Mb가 변화되어 나타나지만 NiTi 재료의 특성상 E가 한 가지 값이 아닌 deflection 정도에 따라 범위를 가지게 되므로 정확한 값을 계산할 수는 없다고 보고하였다.
이론/모형
50 mm로 절단한 0.014" NiTi를 브라켓에 위치시킨 후 0.012" Stainlee Steel wire를 덧대고 그 위에 0.009" Stainless Steel 결찰선으로 단단하게 결찰한 후에 0.012" Stainless Steel wire를 제거하여 결찰이 느슨하도록 하는 Meling 등21의 방법에 따라 동일한 사람이 결찰하였다.
성능/효과
5 mm까지 activation 후에 deactivation되는 구간의 4 mm에서 0.016" NiTi는 38%, 0.016" × 0.022" NiTi는 30%의 힘의 감소를 보였다 (Table 2).
Stainless Steel 결찰에서 임상적인 의미가 있는 deactivation 구간의 Fav를 나타낸 그래프에 0.016" NiTi 데이터를 이용하여 이론적으로 계산된 0.014" NiTi와 0.016" × 0.022" NiTi의 Fav를 Choy와 Sohn22의 방법에 따라 계산한 결과 이론적으로 예측한 값보다 실제로 측정된 값들이 모두 작게 나타났다 (Fig 5).
Stainless Steel 결찰을 한 경우에 임상적으로 의의가 있는 deactivation 구간을 관찰하였고 여기에서 0.016" × 0.022" NiTi가 큰 마찰력을 보임을 확인할 수 있었고 그 다음이 0.016" NiTi가 0.014" NiTi보다 큰 마찰력을 나타냈다.
Straight wire를 사용하여 평행함을 확인하였으며, 브라켓은 가운데 것을 A로, 센서가 달린 외측의 것은 B라고 명명하였다 (Fig 2).
또한, 0.016" × 0.022"에서는 Fav가 5 mm와 비교하여 deactivation 1 mm에서 81%가 소실되어 19%의 힘이 남은 상태를 보여 1 mm까지도 많은 힘이 남아서 역할을 하는 것을 보여주었으나, 모멘트는 가파른 큰 곡선을 나타내어 인접치에 큰 모멘트를 발생시키는 것을 알 수 있었다.
본 연구 결과에서는 0.014" NiTi를 Stainless Steel 결찰을 한 경우에 Fav는 5 mm까지 activation 후에 deactivation되는 구간의 4 mm에서 63%의 힘이 소실되었고 3 mm에서는 5 mm와 비교 시 14%의 힘만 남은 상태로 임상에서 처음 삽입 후 1 - 2 mm 정도를 움직이는 정도까지가 유용한 것으로 판단된다.
022"는 4 mm까지의 이동에 유용한 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 수직적 변위가 큰 경우에 light wire 조차도 적절한 힘을 발휘하지 않은 것으로 나타났다. Leveling과 alignment 과정에서 치아의 수직적 변위가 큰 경우에는 직경이 작고 마찰이 적은 브라켓 결찰법이 추천된다.
본 연구에서 0.016" NiTi에 O-ring 결찰을 한 경우는 Fav는 deactivation 4 mm에서 5 mm와 비교 시 38%, 3 mm에서는 69%, 2 mm에서는 86%, 1 mm에서는 89%의 감소를 보였다.
수직방향의 힘은 Stainless Steel 결찰의 경우보다 더 activation 시에 값이 증가되는 양상을 보이며 0.014" NiTi의 경우는 다른 wire보다 매우 큰 값을 나타내었다.
후속연구
본 연구에서는 메탈 브라켓에서 초탄성 NiTi wire만 국한하여 수직적 변위에 따른 force system에 관한 연구가 이루어졌으나, 향후에는 stainless steel wire와 자가결찰, 세라믹 브라켓을 포함한 연구가 추가적으로 필요하다고 생각된다. 이번 연구에서 세 개의 브라켓이 직선구간에서 이루어진 연구로 치열궁 형태에 따른 wire와 전체 치열에서의 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
본 연구에서는 메탈 브라켓에서 초탄성 NiTi wire만 국한하여 수직적 변위에 따른 force system에 관한 연구가 이루어졌으나, 향후에는 stainless steel wire와 자가결찰, 세라믹 브라켓을 포함한 연구가 추가적으로 필요하다고 생각된다. 이번 연구에서 세 개의 브라켓이 직선구간에서 이루어진 연구로 치열궁 형태에 따른 wire와 전체 치열에서의 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교정치료 과정에서 브라켓과 교정용 선재 사이에 발생되는 마찰에 대한 이해는 왜 중요한가?
교정치료 과정에서 브라켓과 교정용 선재 사이에 발생되는 마찰에 대한 이해는 치아 주위조직의 손상 없이 가능한 빠르고 정확하게 치아를 움직이기 위해서 중요하다. 임상에서는 저항 중심을 지나지 않는 교정력에 의하여 모멘트가 발생되고 이로 인해 브라켓과 선재 간의 binding으로 인해 마찰력이 변화한다.
force system에 영향을 주는 마찰력의 큰 증가로 인해 예상 밖의 상황으로 치아가 움직일 수 있는 예는 무엇인가?
예를 들면, high canine처럼 수직적 변위가 큰 경우, 0.014" NiTi에 O-ring을 사용 시 큰 마찰력과 deflection으로 인한 wire binding으로 인접치아는 측방력과 모멘트를 받게 되는 상황이 되고 다른 치아의 배열이 좋아서 측방력은 상쇄되고 모멘트는 치아의 맹출을 방해하는 방향으로 작용하여 치아의 움직임이 없는 상황을 만들게 된다. 이런 경우는 결찰을 loose하게 하여서 wire가 잘 미끄러지도록 해주고 wire를 좀 더 stiff한 것으로 교환을 해주며 맹출을 위한 충분한 공간을 확보해야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서 0.016" NiTi에 O-ring 결찰을 한 경우는 Fav는 deactivation 4 mm에서 5 mm와 비교 시 38%, 3 mm에서는 69%, 2 mm에서는 86%, 1 mm에서는 89%의 감소를 보였다.
마찰력의 영향에 관한 연구에서 Frank와 Nikolai의 주장은 무엇인가?
이러한 마찰력의 영향에 관한 연구에서 Frank와 Nikolai는 선재의 굵기와 단면의 형태, 브라켓 폭경 등의 마찰력에 영향을 미쳐 브라켓 폭경이 증가할 수록 마찰력이 증가하고, 단면의 형태가 원형에서 정사각형, 직사각형으로 증가함에 따라 증가한다고 하였다.3 Pratten 등은 브라켓의 재질에 따라 마찰력에 차이를 보인다고 보고하였다.
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