Authors
백상현허성주장익태Jai Young Koak김성균
Topics
Dental Implant Techniques and OutcomesDental Radiography and ImagingBone Tissue Engineering Materials대한치과보철학회지 2008년 46권 2호 157ORIGINAL ARTICLE연구목적: 골유착성 임플랜트를 이용한 치료가 초기의 완전 무치악 증례에 도입된 이후 장기간의 임상 관찰 결과 높은 성공률이 보고되고있으며, 점차 부분 무치악 및 단일치 상실 증례 등의 다양한 영역으로 확대되고 있다. 하지만 이러한 임플랜트에 가해지는 저작압은 임플랜트와 주위 골에 축 방향 힘 (axial force)과 다양한 측방 모멘트 (bending moments)를 일으키는데 이러한 응력의 적절한 분산이 치료의 성공에 큰 영향을 미치게 한다.이번 연구의 목적은 하악 구치부가 부분 무치악일 때 외측연결 방식과 내측연결 방식의 임플랜트로 수복함에 있어 상부 보철물의 연결(splinting)이 임플랜트와 주위 골로의 응력분산에 미치는 영향을 삼차원 유한요소 분석을 통해 비교해보고자 하였다.연구재료 및 방법: 외측연결 방식과 내측연결 방식의 대표적인 2종의 임플랜트를 선정하였고 각각 8.5mm와 13mm 길이에 대하여 실험하였다. 임플랜트는 외측연결 방식을 대표하는 브레네막 시스템을, 내부연결 방식을 대표하는 ITI 임플랜트를 연구재료로 선택하였다. 각각의 임플랜트는 구치부에서 골양이 허용되는 한 추천되는 넓은 직경 (wide diameter)의 임플랜트 (4.8-5.3mm)를 이용하였다. 이러한 4종류의 임플랜트 모형에서 제1대구치와 제2대구치 금관의 연결 여부에 따라 총 8개의 실험 군으로 분류하였다. 하중은 수직하중 및 수평하중을 각각 100N씩 하악 제1대구치 임플랜트 보철부위 (금관부)에 가하였고 금관의 연결여부에 따라 임플랜트와 주위골에 응력이 분산되는 양상을 관찰하였다. 삼차원 유한요소분석을 위한 하악골모형 제작에는 Hypermesh (Altair Engineering Inc., Troy, MI, USA)를 사용하였고 응력해석을 위해서는 PAM-CRASH 2G version 2005 (ESI, France), 포스트프로세싱을 위해서는 PAM-VIEW version 2005(ESI, France)을 이용하였다. 여러 응력값 중에서 대표적인 등가응력 (von Mises stress)을 이용하여서 응력분포를 비교분석하였다.연구결과: 내부연결방식과 외부연결방식 모두 상부의 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전해지는 응력값이 감소하였다. 그리고응력값이 감소하는 정도는 외부연결방식에서 더 크게 나타났다. 하지만 두 방식 모두 금관연결에 따른 응력 감소 효과는 임플랜트 길이 증가에 의해 영향 받지는 않았다. 이번 실험에서 상부 보철물이 연결되지 않은 상태에서 제1대구치 부위에 수직방향 또는 수평방향의 하중을 가했을 때 외부연결방식에서 더 많은 양의 응력이 주변 피질골의 상부 좁은 부위로 전달되었다. 하지만 상부 보철물을 연결한 상태에서 하중을가한 경우에는 외부연결방식에서 하중 측인 제1대구치 부위에서 나타나던 상부 피질골에서의 응력 집중이 많이 감소한 것을 보여주었다. 또한 비하중 측인 제 2대구치 부위에서의 응력분산도 외부연결방식에서 더 많은 것으로 나타났다. 이에 비해 내부연결방식에서는 하중 측인 제1대구치 부위에서 지대주 나사를 따라 높게 나타나던 응력값의 중등도 감소 효과를 나타내었고 연결된 제2대구치 부위로의 응력분산 효과도작았다.결론: 하악 구치부가 결손한 하악골에 내부연결방식과 외부연결방식을 대표하는 두 가지 종류의 임플랜트를 선택하여 상부 금관의 연결이임플랜트와 주위 골의 응력 분산에 미치는 영향에 대하여 삼차원 유한요소분석을 하였다. 이러한 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다.1. 8.5mm와 13mm에 대해서 응력 분포는 거의 동일하게 나타나고, von Mises stress 최대값 또한 거의 유사하였다.2. 수직하중에서는 근심측에서 응력이 집중되었고 수평하중에서는 근, 원심측이 비슷한 크기의 응력을 보였다.3. 내부연결방식에서는 지대주 나사의 벽면을 따라서 응력이 분산되는 양상을 보였으나 외부연결방식에서는 지대주에 눌리는 임플랜트 상부 부위에 응력이 집중되었다.4. 금관을 연결함에 따라 임플랜트와 주위골로 전달되는 응력 값은 두 방식 모두 감소하는 모습을 보였으나 응력 값이 감소하는 정도는 내부연결방식에 비해 외부연결방식에서 더 크게 나타났다. (대한치과보철학회지 2008:46:157-68)주요단어 : 하악 임플랜트, 3차원 유한요소분석, 응력분산, 금관연결 교신저자: 허성주 110-749 서울 종로구 연건동 28-22 서울대학교 치과대학 치과보철학교실 02-2072-2661: e-mail, 0504heo@hanmail.net 원고접수일: 2008년 3월 13일 / 원고최종수정일: 2008년 4월 14일 / 원고채택일: 2008년 4월 17일 158 대한치과보철학회지 2008년 46권 2호 백상현∙허성주∙장익태∙곽재영∙김성균 스프린팅이 하악 구치부 임플랜트 보철물의 응력분산에 미치는 영향에 관한 삼차원 유한요소분석 연구서론골유착성임플랜트를이용한치료가초기의완전무치 악증례에 도입된이후장기간의임상관찰결과높은성 공률이 보고되고 있으며, 1,2 점차 부분 무치악 및 단일치 상실 증례 등의 다양한 영역으로 확대되고 있다. 하지만 이러한임플랜트에가해지는저작압은임플랜트와주위 골에 축 방향 힘 (axial force)과 다양한 측방 모멘트 (bending moments)를 일으키는데 이러한 응력의 적절한 분산이 치료의 성공에 큰 영향을 미치게 한다. 3-5 임플랜 트에서 주위 골로의 응력 분산에 영향을 미치는 요소로 는 하중 형태 (loading type), 골-임플랜트 계면 (bone implant interface), 임플랜트 길이와 직경 (length & diameter of the implant), 임플랜트 표면의 형태와 특징 (shape and characteristic of the implant surface), 보철물의 형태 (prosthesis type), 주위골의 양과 질 (quantity and quality of the surrounding bone) 등이 있다. 6 보철물의 형태 (prosthetic type)란 상부구조나 지대주와 임플랜트 몸체가 연결되는 방식으로 크게 외측연결 방식 (external type)과 내측연결 방식 (internal type)으로 구분된다. 7,8 Bra�nemark 시스템이 주도하는전통적인외측연결임플랜트시스템들은임플 랜트 고정체와 지대주간에 외부 육각 나사형태를 취하 고 있다. 이러한 외부 육각 연결계면은 초기에는 임플랜 트의 식립 과정에서 회전력을 전달하는 역할이 주목적 이었지만 점차 상부 보철물의 장착을 용이하게 하고 회 전을 방지하는 역할에 더 많은 관심을 갖게 되었다. 9,10 특 히 단일치아를 임플랜트로 수복하는 치료에 대한 요구 가 증가하고 있어 시술 이 증가하고 있으나 외부 육각의 연결계면을 갖는 외측연결 시스템의 상부 보철물에서 장기적 임상연구 결과 나사의 풀림이나 파절 등 다양한 보철적인 문제점들이 보고되고 있다. Jemt 등 11은 임플랜 트를 이용해 단일치를 수복한 후 3년간의 관찰 결과 약 65%의 나사 풀림 현상을 보고하였고, Walton 등 12은 22개 월간 외부 육각 계면을 갖는 임플랜트를 임상적으로 관 찰한 결과 27%-32%의 나사 풀림을 보고하면서 이와 같 은 보철적인 문제점으로 인한 유지관리의 어려움이나 비용문제가 발생함을 보고하였다. 한편으론 이러한 문 제점의 개선을 위해 내부 연결형태의 다양한 연결방식 이 개발되고 있으며 특히 내부 원추형의 연결방식은 전 통적 외부 육각형태의 연결방식에 비해 60% 정도 굽힘 강도가 증가하는 것으로 보고되고 있다. 13 Levin 등 14은 내 부 원추형 연결방식의 임플랜트를 이용해 단일치를 수 복한 후 21.3개월의 기간 동안 합착형 수복물로 수복한 경우 1.8%의 보철적 문제점이 발생했음을 보고하고 있 다. 또한 Beat 등 15의 유한요소분석 실험에서 외측연결 시 스템의 경우 모든 응력이 나사에 집중되는데, 내측연결 시스템에서는 지대주 벽면을 따라 응력이 분산되어서 나사의 풀림이나 파절의 가능성을 상당부분 줄일 수 있 다고 하였으며 지대주 형상에 따라 임플랜트 내부의 하 중전달기전은 변하고, 이는 악골에 발생하는 응력분포 또한변하게한다고하였다. 또한 근래에 들어 임플랜트 각 부분에 가해지는 응력 의 감소와 상부 보철물의 안정성의 향상과 같은 생역학 적인 장점을 근거로 넓은 직경을 갖는 임플랜트가 구치 부 수복에 많이 사용되고 있다. Ivanoff 등 16-18은 넓은 직경 의 임플랜트에서 좁은 경우에 비해 더 높은 성공률과 더 낮은 변연골 흡수를 보였다고 보고하였고, removal torque 에서도 넓은 직경에서 더 높은 값을 갖는다고 하였다. 이 에 반해 A�strand 등 19은 3년 동안의 변연골 상실이 0.4mm 이하인 경우가 직경이 3.75mm인 Bra�nemark implants에서 95%인 반면, 4.1mm 직경의 ITI 임플랜트에서는 87.1%가 발생하여 오히려 더 광폭인 ITI 임플랜트에서 변연골 흡 수가많았다고하였다. 마지막으로임플랜트길이에따른응력분산에관하여 전 등 20은 삼차원 유한요소분석에서 임플랜트의 길이가 10mm 이상 일 때는 임플랜트 길이의 증가가 최대응력 (maximum effective stress)을감소시키는데별로영향을미 치지못한다고하였다. 이번 연구의 목적은 하악 구치부가 부분 무치악일 때 외측연결방식과내측연결방식의임플랜트로수복함에 있어 상부 보철물의 연결 (splinting)이 임플랜트와 주위 골로의 응력분산에 미치는 영향을 삼차원 유한요소 분 석을통해비교해보고자하였다.연구재료 및 방법1. 유한요소모형의 설계 (1) 하악골모형 편측으로하악제1,2대구치부위가결손된하악골에임 플랜트를 식립한 모형을 제작하였다. 임플랜트 고정체 는 하악골에 완전히 유착된 것으로 가정하였다. 실제로 피질골과해면골은이방성이나모형의단순화를위해서 골모형에 균질성 (homogenenecity), 등방성 (isotropy) 그리 고선탄형성(linearly elasticity)을부여하였다. 피질골의두께는2.0mm, 치주인대의두께2.0mm, 하악 골의 폭경은 대략 16mm, 하악골의 높이는 31mm로 가정 하였다. 피질골 두께는 Lekholm & Zarb 21가 제안한 골질대한치과보철학회지 2008년 46권 2호 159 백상현∙허성주∙장익태∙곽재영∙김성균 스프린팅이 하악 구치부 임플랜트 보철물의 응력분산에 미치는 영향에 관한 삼차원 유한요소분석 연구에 관한 분류 중에서 D2에 해당하고 이는 하악골에서 자 주 관찰할 수 있다. 하악골 폭경이나 높이는 Petrie & Williams 22가사용한모형과유사하다(Fig. 1) . 유한요소의크기는Sato 등 23이추천한300㎛이하로설 정하였는데 정밀한 분석에 영향을 미치는 임플랜트와 임플랜트 주위 골 부위는 100-300㎛로 요소크기를 설정 하였고 특히 임플랜트와 골 계면부위는 100㎛의 요소크 기로 가정하였다. 그리고 응력해석에 크게 영향을 끼치 지 않는 임플랜트와 골 계면에서 멀리 떨어져 있는 주위 골들은 모형의 단순화를 위해서 요소크기를 400-600㎛ 로 정하였다 (Fig. 1). 해석하고자 하는 구치부와 인접하 고 있는 소구치부의 치주인대는 재현하였으며 더 멀리 떨어진견치와전치부에서는치주인대를모델의단순화 를위해서생략하였다(Fig. 2).(2) Implant models 외측연결 방식과 내측연결 방식의 대표적인 2종의 임 플랜트를 선정하였고 각각 8.5mm와 13mm 길이에 대하 여 실험하였다. 임플랜트는 외측연결 방식을 대표하는 Bra�nemark implant (Nobel Biocare AG, Goteborg, Sweden)와, 내부연결 방식을 대표하는 ITI implant (Institut Straumann AG, Switzerland)를 연구재료로 선택하였다. 각각의 임플Fig.
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PublishedApr 1, 2008
TypeArticle
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