[논문]하중 위치에 따른 시멘트 유지형 임플란트 지지골의 유한요소법 응력 분석

김갑진

doi:10.14347/kadt.2016.38.3.143

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The purpose of this study is to evaluate the effect of two different oblique mechanical loading to occlusal surfaces of cement retained implant on the stress distributions in surrounding bone, using 3-dimensional finite element method. Methods: A 3-dimensional finite element model of a ceme...

Purpose: The purpose of this study is to evaluate the effect of two different oblique mechanical loading to occlusal surfaces of cement retained implant on the stress distributions in surrounding bone, using 3-dimensional finite element method. Methods: A 3-dimensional finite element model of a cement retained implant composed of three unit implants, simplified ceramic crown and supporting bone was developed according to the design of ement retained implant for this study. two kinds of surface distributed oblique loads(100 N) are applied to following occlusal surfaces in the single crowns; 1) oblique load on 2 occlusal points(50N for each buccal cusp, 2 buccal cusps exist), 2) oblique load on 4 occlusal points(25N for each buccal and lingual cusp, 2 buccal and 2 lingual cusps exist) Results: The results of the comparison of the stress distributions on surrounding bone are as follows. In the condition of oblique load on 2 occlusal points, VMS was 741.3 Mpa in the M1(Ø$4.0{\times}13mm$) model and 251.2 Mpa in the M2(Ø$5.0{\times}13mm$) model. It means the stress on the supporting bone is decreased. The results of oblique load on 4 occlusal points are similar to this one. Conclusion: Increasing the diameter of the implant fixture is helpful to distribute the stress on the supporting bone. Also, to obtain the structural stability of the supporting bone, it is effective to distribute the load evenly on the occlusal surface of crown in producing single crown implant.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

인체 피질골과 해면골은 이방성(anisotropy)이나 수치적 계산에 의한 유한요소 분석을 위해 모델을 구성하는 전체 구조 부분은 등방성(isotropy)이고 균질성(homogenization)이며 선형 탄성(linear elasticity)인 물질로 가정하였으며, 모델링과 유한요소 응력 분석은 유한요소 해석 범용 프로그램인 Solidworks(Premium 2013, Dassault System., France)를 사용하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 기존 연구와 달리 상부 보철물을 범용성 프로그램을 사용하여 보다 정량적으로 설계하였다. 그리고 단관 임플란트 상부 보철물의 하중 위치를 협측교두 2개에 각각 50N 경사하중을 적용시켰을 때와 협측과 설측 4개 교두에 각각 25N 경사하중을 적용했을 때 발생하는 지지골의 von Mises 응력값(이하 VMS)과 분포 양상을 고정체 직경을 달리하여 비교 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 기존 연구와 달리 상부 보철물을 범용성 프로그램을 사용하여 보다 정량적으로 설계하였다. 그리고 단관 임플란트 상부 보철물의 하중 위치를 협측교두 2개에 각각 50N 경사하중을 적용시켰을 때와 협측과 설측 4개 교두에 각각 25N 경사하중을 적용했을 때 발생하는 지지골의 von Mises 응력값(이하 VMS)과 분포 양상을 고정체 직경을 달리하여 비교 분석하였다.

대상 데이터

교합하중 적용에 따른 임플란트 고정체 지지골에서 발생하는 응력 크기와 분포 양상을 파악하기 위한 3차원 유한요소법 분석을 위해 제작한 구치부 단관 모델은 국내 D 사의 internal type 고정체와 시멘트 유지형 지대주와 지대주나사를 선택하여 제조사 설계도면을 바탕으로 자료를 입력하였다. 임플란트 구조에 결합되는 상부 치관보철물은 금속-도재관(metal-ceramic crown), 고정체 지지 치조골 형태를 제작하여 이를 [Fig.

데이터처리

가해진 하중으로 인하여 발생하는 임플란트 주위 치조골 조직의 구조적 안정성은 VMS값을 이용하여 분석하였다. 각 모델과 하중 조건에 따른 최대 VMS 크기와 위치를 분석하였으며 등간격으로 구분된 VMS 값 분포를 색깔별로 나타내었다.

성능/효과

1. 고정체의 직경에 관계없이 지지골 상부 즉 임플란트 고정체 상부와 골 접촉부인 치밀골에 응력이 집중되는 양상으로 나타났으며, 고정체 직경 증가는 지지골의 응력분 산에 도움이 된다고 할 수 있다.
2. 단관 임플란트 제작에 있어서 치관 교합면에 하중을 균등하게 분포하도록 하는 것이 지지골의 구조적 안정성을 확보하는데 효과적인 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구의 제한점으로는 초기 가정으로 정한 지지골의 균질성, 등방성은 생체와 차이가 있으며, 인체에서의 실제 교합력은 동하중으로 정하중에 비하여 응력 지속시간과 크기에 차이가 있으므로 보다 정확한 물성치와 모델 구성, 하중의 적용 등의 계속적인 연구가 필요하다고 할수 있다. 그리고 임플란트 교합면의 교합점의 위치는 구조물의 안정성 확보에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알 수 있었으며 교합면 디자인에 있어서도 중요하게 고려되어져야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	치과 임플란트 보철물에 요구되는 사항은 무엇인가?	치과 임플란트 보철물은 저작운동에 의한 반복하중을 받게 되므로 장기간의 안정성이 보장되어야 하며, 이를 위해서는 임플란트 자체의 구조적 안정성과 고정체와 지지골간의 골유착과 같은 주위 골조직의 안정성 등이 유지되어야 한다(Zhou 등, 2016).
	주위 골조직의 안정성이 파괴되는 사항에는 어떤 것들이 있는가?	주위 골조직의 안정성이 파괴되는 사항으로는 하중 조기 부여, 지지조직 감염 등의 시술 실패와 과다한 외부 교합하중으로 인한 고정체와 지지골 계면에서의 골유착 파괴를 들 수 있다(Wang 등, 2016). 임플란트 상부구조물에 가해지는 하중의 대부분을 상부 피질골이 지지한다고 알려져 있는데, 과도한 교합 응력은 골 흡수를 유발하고 이러한 흡수는 고정체와 골 접촉 계면과 주위 지지골 파괴로 임플란트 시술 실패를 가져오게 된다(Himmlova 등, 2004).
	피질골 퇴행이 임플란트 시술 실패를 초래하는 중요한 원인 중 하나가 되는 이유는 무엇인가?	주위 골조직의 안정성이 파괴되는 사항으로는 하중 조기 부여, 지지조직 감염 등의 시술 실패와 과다한 외부 교합하중으로 인한 고정체와 지지골 계면에서의 골유착 파괴를 들 수 있다(Wang 등, 2016). 임플란트 상부구조물에 가해지는 하중의 대부분을 상부 피질골이 지지한다고 알려져 있는데, 과도한 교합 응력은 골 흡수를 유발하고 이러한 흡수는 고정체와 골 접촉 계면과 주위 지지골 파괴로 임플란트 시술 실패를 가져오게 된다(Himmlova 등, 2004). 그러므로 피질골 퇴행은 임플란트 시술 실패를 초래하는 중요한 원인 중의 하나가 될 수 있으며, 임플란트는 역학적으로 상부 피질골의 퇴행을 방지할 수 있는 응력 분포를 가지도록 고안되어져야 한다(Baggi 등, 2008).

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Wang K, Geng J, Jones D, Xu W. Comparison of the fracture resistance of dental implants with different abutment taper angles. Materials Science and Engineering: C, 63, 164-171, 2016.

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Zhou Y, Shen H, Huang S, Ma M, Xu L & Zhang D. Biomechanical analysis of influence of implant configuration and bone quality on implant stability in augmented posterior maxilla. International Journal of Clinical and Experimental Medicine 9(3), 5789-5796, 2016.

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