[논문]급속 구개 확장 장치 종류가 상악골 주변 봉합에 미치는 영향에 대한 유한요소해석

김유완; 문윤식; 성상진

급속 구개 확장 장치 종류가 상악골 주변 봉합에 미치는 영향에 대한 유한요소해석
The Effects of Type of Rapid Palatal Expansion Appliance on the Circummaxillary Sutures : A 3D FEA study 원문보기

大韓口盾口蓋熱學會誌 = Korean journal of cleft lip and palate, v.15 no.2, 2012년, pp.51 - 60

김유완 (울산대학교 의과대학 서울아산병원 치과 교정과) , 문윤식 (울산대학교 의과대학 서울아산병원 치과 교정과) , 성상진 (울산대학교 의과대학 서울아산병원 치과 교정과)

Abstract ▼ AI-Helper

Craniofacial sutures absorb the stress transferred to skull. It was reported the cells of craniofacial sutures respond to exogenetic factors to be involved in growth control mechanism. In this study, we constructed a finite element model composed of cortical bone, cancellous bone, suture, PDL, and teeth by using CT images of a growing patient, simulating maxillary expansion to evaluate the effects of the thickness of sutures and type of maxillary expansion appliance on stress distribution in circummaxillary sutures.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이러한 연구 결과에 근거하여 소구치 간 폭경 증가량은 대구치 간 폭경 증가량과 견치 간 폭경 증가량의 중간 정도의 값을 가지도록 하였다. 또한 이번 연구에서 midpalatal suture를 제거하였는데, 이것은 상악골 측방확장 시 초기의 현상을 관찰하기보다는 midpalatal suture를 경계로 하여 이루어지는 상악골 분절들의 연결이 완전히 파괴된 후에 발생하는 상악골 확장 시의 현상을 관찰하기 위함이다.
본 연구에서는 craniofacial orthopedic 과 주로 관련될 것으로 추정되는 5가지 상악골 주변 봉합부와 치아, 치주인대, 피질골 및 해면골을 유한요소 모델에서 재현하여 봉합의 두께에 따른 해석의 sensitivity 를 확인하고 구개확장 장치 종류가 상악골 주변 봉합부들의 mechanobiology 에 미치는 영향에 대하여 비교하였다.

가설 설정

상악 구개 확장 장치의 종류(Figure 5)에 따른 측방력은 좌우 상악 제 1소구치 및 제 1대구치의 설면 중앙 부위에 위치한 절점(node)에 가하였다(splinting 시 지정한 절점과 일치함). Conventional RPE 장치의 경우 상악 제 1소구치 위치와 제 1대 구치 위치에서 동일하게 편측당 3 mm씩 확장되도록 하였으며, fan-type RPE 장치의 경우 상악 제 1소구치 및 제 1대구치 위치에서 각각 편측당 3 mm 및 1.
상악 확장력이 두개골에 전달될 때 foramen magnum 주위의 element들에 대해서는 3차원적으로 변위가 일어나지 않도록 구속하였다. 상악 제1소구치, 제2소구치 및 제 1대구치의 설면의 중앙 부위에 위치한 절점을 지정하여 0.9 mm S-S wire로 splinting 된 상태로 가정하였다.

제안 방법

0 (Altair Inc, Seattle, USA)을 이용하여 사면체 요소로 분할하여 cancellous bone으로 할당하였다. Midpalatal suture 부위는 제거하였으며, 상악골 주변 봉합부(frontonasal suture, zygomaticofrontal suture, zygomaticomaxillary suture, zygomaticotemporal suture, pterygomaxillary suture) 를 skull model을 참고하여 모델링하였다^{14, 15)}. 봉합부의 두께는 0.
봉합부 두께에 따른 봉합부 응력 분포를 비교하기 위해서 임상에서 일반적으로 많이 사용하는 conventional RPE 장치의 작용을 simulation하였으며, 봉합부 응력 측정은 양측성으로 존재하는 suture의 경우, 좌측에 위치하는 것들에 대해 관찰하였다. 확장 방식 차이에 따른 봉합부 응력 분포를 비교하기 위해서는 양측의 봉합부 모두에 대해 관찰하였다.
봉합부를 포함하여 cortical bone, cancellous bone, PDL, teeth 각각에 해당하는 물성치를 부여하였다(Table 1)^{14, 17)}.
0(Swanson Analysis System, Canonburg, PA)을 사용하였다(Figure 4). 상악 확장력이 두개골에 전달될 때 foramen magnum 주위의 element들에 대해서는 3차원적으로 변위가 일어나지 않도록 구속하였다. 상악 제1소구치, 제2소구치 및 제 1대구치의 설면의 중앙 부위에 위치한 절점을 지정하여 0.
서울아산병원 교정과에 내원한 성장기 환자 중 구강 내 병적 소견을 보이지 않는 8세 남자의 CT 데이터를 이용하여 V-works (Cybermed Inc, Seoul, Korea) 상에서 치밀골과 치아가 정확하게 masking 되는 평균적인 window width를 확인하여 Bionix Body builder 3.0 (Cantibio Inc, Suwon, Korea)에서 Hounsfield scale을 기준으로 295에서 1773값을 threshold level로 segmentation하여(Figure 1), 3D surface 모델을 제작하였다(Figure 2).
특히 fan type RPE의 경우, Doruk 등¹⁸⁾은 대구치 확장량의 3배 정도가 견치 간 폭경의 증가로 나타난다고 하였다. 이러한 연구 결과에 근거하여 소구치 간 폭경 증가량은 대구치 간 폭경 증가량과 견치 간 폭경 증가량의 중간 정도의 값을 가지도록 하였다. 또한 이번 연구에서 midpalatal suture를 제거하였는데, 이것은 상악골 측방확장 시 초기의 현상을 관찰하기보다는 midpalatal suture를 경계로 하여 이루어지는 상악골 분절들의 연결이 완전히 파괴된 후에 발생하는 상악골 확장 시의 현상을 관찰하기 위함이다.
이번 연구에서 확장 방식의 차이를 보이는 두 가지 장치의 작용을 재현함에 있어서 힘이 아닌 변위의 개념을 사용하였다. 특히 fan type RPE의 경우, Doruk 등¹⁸⁾은 대구치 확장량의 3배 정도가 견치 간 폭경의 증가로 나타난다고 하였다.
치아의 3D surface를 기준으로 치주인대를 0.25 mm 두께로 형성하고, cortical bone과 치주인대 사이의 하악골 내부 공간은 hypermesh 8.0 (Altair Inc, Seattle, USA)을 이용하여 사면체 요소로 분할하여 cancellous bone으로 할당하였다. Midpalatal suture 부위는 제거하였으며, 상악골 주변 봉합부(frontonasal suture, zygomaticofrontal suture, zygomaticomaxillary suture, zygomaticotemporal suture, pterygomaxillary suture) 를 skull model을 참고하여 모델링하였다^{14, 15)}.
봉합부 두께에 따른 봉합부 응력 분포를 비교하기 위해서 임상에서 일반적으로 많이 사용하는 conventional RPE 장치의 작용을 simulation하였으며, 봉합부 응력 측정은 양측성으로 존재하는 suture의 경우, 좌측에 위치하는 것들에 대해 관찰하였다. 확장 방식 차이에 따른 봉합부 응력 분포를 비교하기 위해서는 양측의 봉합부 모두에 대해 관찰하였다.

이론/모형

유한요소해석을 위해 ANSYS version 11.0(Swanson Analysis System, Canonburg, PA)을 사용하였다(Figure 4). 상악 확장력이 두개골에 전달될 때 foramen magnum 주위의 element들에 대해서는 3차원적으로 변위가 일어나지 않도록 구속하였다.

성능/효과

Zygomaticofrontal suture 및 zygomaticotemporal suture를 제외한 suture들에 대해 T1에서 T2보다 maximal 1^st principal (tensional) stress가 더 큰 값을 나타내었다(Table 2). Frontonasal suture를 제외한 suture들에 대해 T1에서 T2보다 maximal 3^rd principal (compressive) stress가 더 큰 값을 나타내었다(Table 3).
봉합부 두께에 따라 최대 응력의 크기에 차이를 보였는데, 이는 두께가 두꺼울수록 전체 응력이 흡수되는 영역이 커지게 되어 표면에서 관찰되는 응력의 크기는 상대적으로 작아지기 때문인 것으로 추정된다. 또한 conventional type의 RPE 장치를 사용할 때, 전반적으로 큰 응력 분포를 보였으며, 특히 상악골과 다른 두개골 부위를 직접 연결하는 봉합부에서 maximal 1st principal stress의 크기가 더 크게 나타났다. 이러한 결과는 서로 다른 유한요소모델을 가지고 진행한 이전 연구에서의 결과와 유사했다¹⁹⁾.
연구 결과에 따르면 몇몇의 예외적 경우를 제외하면 전반적으로 suture의 두께가 얇을수록 더 큰 최대 인장 응력 및 최대 압축 응력을 받는 것을 관찰할 수 있었다. 봉합부 두께에 따라 최대 응력의 크기에 차이를 보였는데, 이는 두께가 두꺼울수록 전체 응력이 흡수되는 영역이 커지게 되어 표면에서 관찰되는 응력의 크기는 상대적으로 작아지기 때문인 것으로 추정된다.

후속연구

다양한 악정형 치료 시 임상적으로 요구되는 악골의 변형이나 변위를 유도하기 위해 target suture와 관련된 역학 또는 mechanobiology에 대해 향후 더 많은 연구와 이해가 필요하며, 이를 통해 혁신적 디자인의 새로운 장치를 개발하거나 현존하는 악정형 장치를 개선하고 교정영역에서의 두개 안면 악정형 치료에 대한 새로운 개념을 제공할 수 있을 것이다.
유한요소연구에서 실제 환자의 CT 데이터를 가지고 유한요소모델을 제작하지만 환자의 실제 해부학적 구조물들의 특징을 더욱 유사하게 재현하기 위해서 더 많은 연구가 필요하다. 특히 근육을 포함하는 연조직을 재현하기 위해 근육에 대한 물성 치와 근육의 작용에 대한 연구가 더 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Rapid palatal expansion 장치는 어떻게 구분되나?	Rapid palatal expansion (RPE) 장치는 구순 구개열 환자의 교정치료에서 상악골과 하악골 간의 횡적인 부조화를 해결하기 위해 사용할 수 있는 유용한 장치 중 하나이다. RPE 장치는 conventional type과 fan type으로 구분되며, 구개구순열 환자의 경우, 구치부에서의 상, 하악 횡적 관계가 정상인데 반해 전치부에서는 상악이 하악에 비해 횡적으로 상대적으로 좁은 관계를 보이기 때문에 RPE 장치의 종류에 대한 적절한 선택이 중요하다. 일반적으로 성장기 환자에서 RPE 장치로 구개를 확장할 경우, 상악이 전하방으로 이동하고, 하악이 후방 회전하여 경미한 골격성 3급 부정교합이 개선되는 악정형 효과를 보이고1-6), 상악골 전방 견인 시 RPE 장치를 사용하면 전방 견인 효과가 증가한다고 보고되었다7-10).
	악정형력을 이용한 교정치료나 다양한 두개안면기형의 치료 시 성공적인 치료에 중요한 역할을 하는 요소는 무엇인가?	임상에서 악정형력을 이용한 교정치료나 다양한 두개안면기형의 치료 시 대부분의 경우, 두개안면 봉합에 대한 non-surgical modification이 요구되며, 악정형력의 크기, 극성(polarity), 그리고 시간과 같은 요소들이 성공적인 치료에 중요한 역할을 할 수 있다20). 두개안면부 악정형에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 봉합부에 대한 최적의 자극에 대하여는 아직 알려진 바는 없으나, 동일한 악정형력 하에서도 성인에 비하여 유년기 두개골에서 유의성 높게 bone strain이 발생하는 것으로 볼 때 동일한 기계적 자극에 대하여 봉합부 석회화와 관련된 안면골의 성숙도에 따라 생물학적 효과가 다를 수 있음을 추정할 수 있다21).
	두개안면부 악정형에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 것은?	임상에서 악정형력을 이용한 교정치료나 다양한 두개안면기형의 치료 시 대부분의 경우, 두개안면 봉합에 대한 non-surgical modification이 요구되며, 악정형력의 크기, 극성(polarity), 그리고 시간과 같은 요소들이 성공적인 치료에 중요한 역할을 할 수 있다20). 두개안면부 악정형에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 봉합부에 대한 최적의 자극에 대하여는 아직 알려진 바는 없으나, 동일한 악정형력 하에서도 성인에 비하여 유년기 두개골에서 유의성 높게 bone strain이 발생하는 것으로 볼 때 동일한 기계적 자극에 대하여 봉합부 석회화와 관련된 안면골의 성숙도에 따라 생물학적 효과가 다를 수 있음을 추정할 수 있다21). 성장기에 있는 아동의 두개골 봉합부는 mechanical stress와 같은 exogenetic factor에 반응하는데22) tissue-level의 bone strain은 interstitial fluid flow에 의하여 celllevel의 bone strain과 부가적인 anabolic 또는 catabolic sutural response를 유도하는 것으로 알려져 있다23, 24).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증