스프린팅이 하악 구치부 임플랜트 보철물의 응력분산에 미치는 영향에 관한 삼차원 유한요소분석 연구

백상현; 곽재영; 허성주; 장익태; 김성균

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스프린팅이 하악 구치부 임플랜트 보철물의 응력분산에 미치는 영향에 관한 삼차원 유한요소분석 연구
A three-dimensional finite-element analysis of influence of splinting in mandibular posterior implants

대한치과보철학회지 2008년 46권 2호 p.157 ~ 168

백상현, 곽재영, 허성주, 장익태, 김성균,

소속 상세정보

백상현 ( Baik Sang-Hyun ) - 서울대학교 치과대학 치과보철학교실
곽재영 ( Koak Jai-Young ) - 서울대학교 치과대학 치과보철학교실
허성주 ( Heo Seong-Joo ) - 서울대학교 치과대학 치과보철학교실
장익태 ( Jang Ik-Tae ) - 서울대학교 치과대학 치과보철학교실
김성균 ( Kim Seong-Kyun ) - 서울대학교 치과대학 치과보철학교실

KMID : 0362420080460020157

Abstract

연구목적: 골유착성 임플랜트를 이용한 치료가 초기의 완전 무치악 증례에 도입된 이후 장기간의 임상 관찰 결과 높은 성공률이 보고되고 있으며, 점차 부분 무치악 및 단일치 상실 증례 등의 다양한 영역으로 확대되고 있다. 하지만 이러한 임플랜트에 가해지는 저작압은 임플랜트 와 주위 골에 축 방향 힘 (axial force)과 다양한 측방 모멘트 (bending moments)를 일으키는데 이러한 응력의 적절한 분산이 치료의 성 공에 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 실험 하였다. 임플랜트는 외측연결 방식을 대표하는 브레네막 시스템을, 내부연결 방식을 대표하는 ITI 임플랜트를 연구재료로 선택하였다. 각각 의 임플랜트는 구치부에서 골양이 허용되는 한 추천되는 넓은 직경 (wide diameter)의 임플랜트 (4.8-5.3mm)를 이용하였다. 이러한 4종 류의 임플랜트 모형에서 제1대구치와 제2대구치 금관의 연결 여부에 따라 총 8개의 실험 군으로 분류하였다. 하중은 수직하중 및 수평하중 을 각각 100N씩 하악 제1대구치 임플랜트 보철부위 (금관부)에 가하였고 금관의 연결여부에 따라 임플랜트와 주위골에 응력이 분산되는 양 상을 관찰하였다. 삼차원 유한요소분석을 위한 하악골모형 제작에는 Hypermesh (Altair Engineering Inc., Troy, MI, USA)를 사용하 였고 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. 그리고 응력값이 감소하는 정도는 외부연결방식에서 더 크게 나타났다. 하지만 두 방식 모두 금관연결에 따른 응력 감소 효과는 임플랜트 길이 증가 에 의해 영향 받지는 않았다. 이번 실험에서 상부 보철물이 연결되지 않은 상태에서 제1대구치 부위에 수직방향 또는 수평방향의 하중을 가 했을 때 외부연결방식에서 더 많은 양의 응력이 주변 피질골의 상부 좁은 부위로 전달되었다. 하지만 상부 보철물을 연결한 상태에서 하중을 가한 경우에는 외부연결방식에서 하중 측인 제1대구치 부위에서 나타나던 상부 피질골에서의 응력 집중이 많이 감소한 것을 보여주었다. 또 한 비하중 측인 제 2대구치 부위에서의 응력분산도 외부연결방식에서 더 많은 것으로 나타났다. 이에 비해 내부연결방식에서는 하중 측인 제 1대구치 부위에서 지대주 나사를 따라 높게 나타나던 응력값의 중등도 감소 효과를 나타내었고 연결된 제2대구치 부위로의 응력분산 효과도 작았다.

결론: 하악 구치부가 결손한 하악골에 내부연결방식과 외부연결방식을 대표하는 두 가지 종류의 임플랜트를 선택하여 상부 금관의 연결이 임플랜트와 주위 골의 응력 분산에 미치는 영향에 대하여 삼차원 유한요소분석을 하였다. 이러한 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결과를 얻 었다.
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.

Statement of problem: Over the past two decades, implant supported fixed prosthesis have been widely used. However, there are few studies conducted systematically and intensively on the splinting effect of implant systems in mandible.

Purpose: The purpose of this study was to investigate the changes in stress distributions in the mandibular implants with splinting or nonsplinting crowns by performing finite element analysis.

Materials and methods: Cortical and cancellous bone were modeled as homogeneous, transversely isotropic, linearly elastic. Perfect bonding was assumed at all interfaces. Implant models were classified as follows. Group 1: Branemark length 8.5mm 13mm splinting type Group 2: Branemark length 8.5mm 13mm Nonsplinting type Group 3: ITI length 8.5mm 13mm splinting type Group 4: ITI length 8.5mm 13mm Non-splinting type An load of 100N was applied vertically and horizontally. Stress levels were calculated using von Mises stresses values.

Results: 1. The stress distribution and maximum von Mises stress of two-length implants (8.5mm, 13mm) was similar. 2. The stress of vertical load concentrated on mesial side of implant while the stress of horizontal load was distributed on both side of implant. 3. Stress of internal connection type was spreading through abutment screw but the stress of external connection type was concentrated on cortical bone level. 4. Degree of stress reduction was higher in the external connection type than in the internal connection type.