상악 임플란트 피개의치에서 유지장치 종류와 구개 피개 유무에 따른 응력분포에 대한 유한요소분석 Effect of attachments and palatal coverage of maxillary implant overdenture on stress distribution: a finite element analysis원문보기
목적: 상악 임플란트 피개의치에서 유지장치 종류와 구개 피개 유무에 따른 응력분포를 3차원 유한요소분석법을 통해 알아보고자 한다. 연구 재료 및 방법: CAD를 이용하여 전방부에 4개의 임플란트를 식립한 4종류의 상악 임플란트 피개의치에 대한 3차원 모델을 디자인하였다. 1) Ball-F: 볼 유지장치를 사용하고 구개를 피개한 군, 2) Ball-P: 볼 유지장치를 사용하고 구개를 피개하지 않은 군, 3) Bar-F: 바 유지장치를 사용하고 구개를 피개한 군, 4) Bar-P: 바 유지장치를 사용하고 구개를 피개하지 않은 군. 응력분석은 유한요소 분석 프로그램인 ANSYS Workbench Ver. 14를 사용하였으며, 편측 저작의 상황을 고려하여 우측 제1대구치에 100 N의 정적하중을 적용하여 임플란트, 임플란트 주위 골, 점막에 발생하는 최대 응력값을 기록하였다. 결과: 볼 유지장치를 사용한 군이 바 유지장치를 사용한 군보다 임플란트 및 임플란트 주위골에 발생하는 최대 응력값이 작았다. 하지만 점막에서의 최대 응력값은 그 반대로 나타났다. 구개를 피개하면 유지장치의 종류와 무관하게 임플란트, 임플란트 주위 골, 점막 모두에서 최대응력값이 작아졌다. 결론: 본 연구의 한계 내에서 상악동 전방부에 4개의 임플란트를 식립하여 수복된 피개의치에서 바 유지장치보다는 볼 유지장치를 사용하고 구개를 완전히 피개하는 경우가 임플란트와 임플란트 주위 골의 응력분산에 효과적이다.
목적: 상악 임플란트 피개의치에서 유지장치 종류와 구개 피개 유무에 따른 응력분포를 3차원 유한요소분석법을 통해 알아보고자 한다. 연구 재료 및 방법: CAD를 이용하여 전방부에 4개의 임플란트를 식립한 4종류의 상악 임플란트 피개의치에 대한 3차원 모델을 디자인하였다. 1) Ball-F: 볼 유지장치를 사용하고 구개를 피개한 군, 2) Ball-P: 볼 유지장치를 사용하고 구개를 피개하지 않은 군, 3) Bar-F: 바 유지장치를 사용하고 구개를 피개한 군, 4) Bar-P: 바 유지장치를 사용하고 구개를 피개하지 않은 군. 응력분석은 유한요소 분석 프로그램인 ANSYS Workbench Ver. 14를 사용하였으며, 편측 저작의 상황을 고려하여 우측 제1대구치에 100 N의 정적하중을 적용하여 임플란트, 임플란트 주위 골, 점막에 발생하는 최대 응력값을 기록하였다. 결과: 볼 유지장치를 사용한 군이 바 유지장치를 사용한 군보다 임플란트 및 임플란트 주위골에 발생하는 최대 응력값이 작았다. 하지만 점막에서의 최대 응력값은 그 반대로 나타났다. 구개를 피개하면 유지장치의 종류와 무관하게 임플란트, 임플란트 주위 골, 점막 모두에서 최대응력값이 작아졌다. 결론: 본 연구의 한계 내에서 상악동 전방부에 4개의 임플란트를 식립하여 수복된 피개의치에서 바 유지장치보다는 볼 유지장치를 사용하고 구개를 완전히 피개하는 경우가 임플란트와 임플란트 주위 골의 응력분산에 효과적이다.
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the effect of attachments and palatal coverage on stress distribution in maxillary implant overdenture using finite element analysis. Materials and Methods: Four maxillary overdenture 3-D models with four implants placed in the anterior region were ...
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the effect of attachments and palatal coverage on stress distribution in maxillary implant overdenture using finite element analysis. Materials and Methods: Four maxillary overdenture 3-D models with four implants placed in the anterior region were fabricated with computer-aided design. 1) Ball-F: Non-splinted ball attachment and full palatal coverage, 2) Ball-P: Non-splinted ball attachment and U-shaped partial palatal coverage, 3) Bar-F: Splinted milled bar attachment and full palatal coverage, 4) Bar-P: Splinted milled bar attachment and U-shaped partial palatal coverage. Stress distribution analysis was performed with ANSYS workbench 14. 100 N vertical load was applied at the right first molar unilaterally and maximum stress was calculated at the implant, peri-implant bone and mucosa. Results: The use of the ball attachment showed lower maximum stress on implant and peri-implant bone than the use of the milled bar attachment. But it showed contrary tendency in the mucosa. Regardless of attachment, full palatal coverage showed lower maximum stress on implant, peri-implant bone and mucosa. Conclusion: Within the limitation of this study, ball attachment improved stress distribution on implant and peri-implant bone rather than milled bar attachment in maxillary implant overdenture. Also, full palatal coverage is more favorable in stress distribution.
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the effect of attachments and palatal coverage on stress distribution in maxillary implant overdenture using finite element analysis. Materials and Methods: Four maxillary overdenture 3-D models with four implants placed in the anterior region were fabricated with computer-aided design. 1) Ball-F: Non-splinted ball attachment and full palatal coverage, 2) Ball-P: Non-splinted ball attachment and U-shaped partial palatal coverage, 3) Bar-F: Splinted milled bar attachment and full palatal coverage, 4) Bar-P: Splinted milled bar attachment and U-shaped partial palatal coverage. Stress distribution analysis was performed with ANSYS workbench 14. 100 N vertical load was applied at the right first molar unilaterally and maximum stress was calculated at the implant, peri-implant bone and mucosa. Results: The use of the ball attachment showed lower maximum stress on implant and peri-implant bone than the use of the milled bar attachment. But it showed contrary tendency in the mucosa. Regardless of attachment, full palatal coverage showed lower maximum stress on implant, peri-implant bone and mucosa. Conclusion: Within the limitation of this study, ball attachment improved stress distribution on implant and peri-implant bone rather than milled bar attachment in maxillary implant overdenture. Also, full palatal coverage is more favorable in stress distribution.
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문제 정의
하지만 경우에 따라 상악동 거상술을 피해 상악동 전방부에 다수의 임플란트를 식립 할 수 있다고 하였다. 4 따라서 본 연구에서는 상악동 전 방부에 4개의 임플란트를 식립하고 임플란트 피개의치 를 제작했을 때를 가정해 유지장치 종류와 구개 피개 유 무에 따른 응력분포를 3차원 유한요소 분석을 통해 알아 보았다.
따라서 본 연구의 목적은 3차원 유한요소분석법을 통 해 상악동 전방부에 4개의 임플란트를 식립하여 수복된 상악 임플란트 피개의치에서 유지장치의 종류, 구개 피 개의 여부가 임플란트, 임플란트 주위 골 그리고 무치악 치조점막으로의 응력분포에 미치는 영향을 알아보고자 함이다.
가설 설정
Ogata와 Satoh29는 의치 사용자의 최대 평균 저작력은 65 - 110 N이라고 하였기 때문에 이를 토대로 본 연구에 서는 편측 저작의 상황을 가정하여 우측 제1대구치 중심 와 부위에 100 N의 정적 하중을 가하였다.
26 고정조건 으로 상악골 바닥면을 기준면으로 삼고 이 면을 모든 방 향에 대해 고정시켰다. 마지막으로, 모든 재료가 등방성, 등질성 그리고 선형 탄성을 가지고 있다고 가정하였다. 하중 조건은 편측 저작을 가정하여 우측 제1대구치의 중 심와에 수직방향으로 100 N의 정적하중을 가하였다.
제안 방법
3차원 computer-aided design (CAD) 프로그램(CATIA 5.0, Dassault Systems® , Vélizy-Villacoublay, France)을 이용해 상악골, 임플란트, 유지장치 그리고 피개의치 모 형을 설계하였다(Fig. 1 - 4).
볼 유지장치는 임플란트와 동일 제조사의 미니볼 지대주(BAB352018, Dentium)를 이용하였다. 바 유지장치는 임플란트의 견고한 연결 고정을 위해 높이 2.5 mm, 두께 3 mm직육면체 모양의 밀드 바(milled bar)를 설계하였으며 피개의치의 움직임을 허용하기 위해 밀드 바와 피개의치 사이에 0.5 mm의 수직적 공간을 부여 하였다(Fig. 3).
상악 무치악 환자에서 상악동 전방부에 4개의 임플란 트를 식립하여 수복된 피개의치에서 유지장치 종류와 구 개 피개 유무에 따른 응력분포를 3차원 유한요소분석을 통해 알아보았으며 다음과 같은 연구 결과를 얻었다.
하중 조건은 편측 저작을 가정하여 우측 제1대구치의 중 심와에 수직방향으로 100 N의 정적하중을 가하였다. 유 한요소분석 프로그램을 통해 각 실험군의 임플란트, 임 플란트 주위 골 그리고 점막의 응력 분포를 관찰하였으 며 최대 응력값을 기록하였다.
대상 데이터
2). 볼 유지장치는 임플란트와 동일 제조사의 미니볼 지대주(BAB352018, Dentium)를 이용하였다. 바 유지장치는 임플란트의 견고한 연결 고정을 위해 높이 2.
상악은 한국인 무치악 악궁의 평균23을 참고해 장경 49.19 mm, 폭경 63.49 mm로 하였다(Fig. 2).
데이터처리
유한요소분석 프로그램(ANSYS Workbench 14, ANSYS Inc., Canonsburg, USA)을 사용하여 메싱(meshing) 작 업과 응력분석을 시행하였다. 유한요소분석을 위해 각 가상모델은 약 60만개의 노드(node)와 약 40 만개의 엘 레멘트(element)로 나누어졌다(Table 1).
성능/효과
구개 피개 유무에 따른 응력분포에서는 유지장치의 종 류와 관계없이 구개를 완전히 피개한 실험군이 부분적으 로 피개한 실험군보다 임플란트와 임플란트 주위 골, 점 막에서 더 낮은 최대 응력값을 보였다(Fig. 8, 9).
구개 피개 유무와 상관없이 볼 유지장치는 바 유지장 치보다 임플란트와 임플란트 주위 골에서 더 낮은 최대 응력값을 보였으며, 반대로 점막에서는 더 큰 최대 응력 값을 보였다. 이는 상악에서 수행된 광탄성 분석 연구와 하악에서 수행된 유한요소분석 연구와 비슷한 경향을 보 인다.
모든 실험군에서 부하측 최후방 임플란트의 경부와 임 플란트 주위 피질골에서 최대 응력값이 나타났다. 이는 상악과 하악에서 수행된 많은 유한요소분석 결과와 비슷 한 경향을 보인다.
본 연구의 한계 내에서 상악동 전방부에 4개의 임플란 트를 식립하여 수복된 피개의치에서 바 유지장치보다는 볼 유지장치를 사용하고 구개를 완전히 피개하는 경우 임플란트와 임플란트 주위 골의 응력분산에 효과적임을 알 수 있었다.
볼 유지장치를 사용하는 군이 바 유지장치 군보다 임 플란트와 임플란트 주위 골에서 낮은 최대 응력값을 보 였으며 반대로 점막에서는 높은 최대 응력값을 보였다.
유지장치 종류와 상관없이 구개를 피개하는 실험군은 피개하지 않는 실험군보다 임플란트, 임플란트 주위 골 그리고 점막 모두에서 낮은 최대 응력값을 보였다.
유지장치의 종류에 따른 응력분포는 구개피개 유무와 관계없이 볼 유지장치를 사용한 실험군의 임플란트와 임플란트 주위 골에서 바-유지장치를 사용한 실험군보다 더 낮은 최대 응력값을 보였으나, 점막에서는 더 높은 최 대 응력값을 보였다(Fig. 8, 9).
유지장치의 종류와 관계없이 구개를 피개하지 않는 경 우가 피개한 경우보다 임플란트, 임플란트 주위 골 그리 고 점막의 최대 응력값이 높았다. 이는 상악 임플란트 피 개의치를 이용한 광탄성분석 연구14,27와 유한요소분석 연 구30와 결과가 일치하는데, 이는 의치상 지지면적이 감소 함에 따라 임플란트와 의치상 하부 점막으로 전달되는 응력이 증가되었기 때문이라고 생각한다.
후속연구
또한, 실제 임상상황에서는 본 실험 의 디자인대로 상악 전방부에 4개의 임플란트를 대칭적 인 위치에 평행하게 식립하기 어렵다는 한계도 있다. 그 리고 임상적으로 가능한 다른 임플란트 식립 위치와 다 양한 유지장치를 활용한 피개의치 설계를 하여 구강 내 에서 일어날 수 있는 다양한 응력 발생에 관한 추가적인 연구도 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서 이용된 유한요소분석법은 응력이 발생하 는 부위와 양을 시각화 할 수 있어 직관적으로 평가하기 에 유리하지만, 점막과 골 등의 생역학과 구성요소의 물 성 및 구조의 단순화 등은 실제 상황을 재현하지 못하는 한계를 가지고 있다. 또한, 실제 임상상황에서는 본 실험 의 디자인대로 상악 전방부에 4개의 임플란트를 대칭적 인 위치에 평행하게 식립하기 어렵다는 한계도 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
임플란트 주위골에 과도한 응력이 집중되면 발생되는 일은?
임플란트 피개의치의 생역학적 안정성을 위해서는 모든 구성요소에 적절하게 응력이 분산되도록 설계해야 한 다. 임플란트 주위골에 과도한 응력이 집중되면 임플란 트와의 골유착이 파괴되며, 임플란트 상부 구조물이나 매식체에 응력이 집중되면 지대주의 나사 풀림이나 파절 또는 임플란트의 찢어짐 등이 일어날 수 있다.9,10 이에Mericske-Stern 등4은 상악 임플란트 피개의치를 위해 다음과 같은 치료 지침을 제시하였다.
유한요소분석법의 장점은?
일반적으로 임플란트와 관련된 응력 연구 방법으로는 전기저항 스트레인 게이지법, 광탄성 분석법, 유한요소분 석법이 있다. 27 본 연구에서 사용한 유한요소분석법은 컴 퓨터 소프트웨어를 통해 모델을 설계하기 때문에 수정 이 쉽고 구성요소에 다양한 물성과 이들 간의 관계에 다 양한 조건을 부여할 수 있다. 뿐만 아니라 원하는 부위에 발생한 응력과 변위 등의 정보를 확인할 수 있다는 장점 이 있다.
상악 임플란트 피개의치의 성공률을 높이기 위해서는 어떤 것들이 고려되어야 하는가?
4 하지만, 골흡수 및 상악동 함기 화로 인한 부족한 골량, 불량한 골질로 인해 상악 임플란트 피개의치는 하악 임플란트 피개의치에 비해 높은 실패율을 보인다.5-7 상악 임플란트 보철물의 성공률을 높이기 위해서는 해부학적 조건 외에도 적절한 임플란트의 수와 길이, 응력분산에 유리한 유지장치의 선택, 교합력 과 비기능적 습관 등의 생역학적 관점에 대한 고려도 필요하다.8
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