구강보호장치의 재료적인 특성이 하악골 충격 시 악골 및 두부에 미치는 영향에 관한 유한요소분석
FEM Analysis of the Effects of Mouth guard material properties on the Head and Brain under Mandibular Impact
강남현, 우이형, 최대균, 김형섭,
소속 상세정보
강남현 ( Kang Nam-Hyun ) - 경희대학교 치과대학 치과보철학교실
우이형 ( Woo Yi-Hyung ) - 경희대학교 치과대학 치과보철학교실
최대균 ( Choi Dae-Gyun ) - 경희대학교 치과대학 치과보철학교실
김형섭 ( Kim Hyeong-Seob ) - 경희대학교 치과대학 치과보철학교실
KMID : 0362420080460040325
Abstract
연구목적: 본연구의목적은하악골충격시구강보호장치의재료적성질에따른악골과두부에미치는영향을조사하는것이다.
연구재료 및 방법: 경질과 연질의 서로 다른 성질을 가지는 구강보호장치를 두부외상이나 뇌질환 병력이 없고 정상교합과 자연치열 을 가진 한국 성인 여성에게 제작하고, CT를 이용하여 악골과 두부의 3차원 유한요소모델을 제작하였다. 이 유한요소모델은 두개골, 뇌, 상악골, 하악골, 관절원판, 치아와구강보호장치를포함하며407,825개의elements와82,138개의node로구성되어있다. 0.1초동안하 악골3부위에서800 N으로 사선 방향의 힘을 가하였을 때 두 가지 재료에 따른 상악 치아, 상악골 및 두개골의 응력분포를 평가하였고 동일한조건하에서두재료에따른뇌의변위량을비교하였다.
결과: 이연구를통해다음과같은결과를얻었다. 1. 상악치아에서 유효응력 값을 비교하였을 때 연질의 구강보호장치가 경질의 구강보호 장치보다 응력값이 유의차 있게 작게 나타났 다 (P < .05). 2. 상악골과 두개골에서 응력값을 비교하였을 때 연질의 구강보호장치가 경질의 구강보호장치보다 응력값이 유의차 있게 작게 나타 났다(P < .05). 3. 경질의구강보호장치에서연질의구강보호장치보다상악치아및상악골과두개골에더많은응력집중부위를보였다. 4. 경질의 구강보호장치와 연질의 구강보호장치 간에 하악 충격 시 뇌의 변위량은 연질의 구강보호장치 쪽이 크게 나타났으나 유의차 는없었다. 본 연구를 통하여 악골 충격 시에 경질 및 연질 구강보호장치가 상악골과 두개골에서의 응력분포에 미치는 양상을 알 수 있었지만, 아 직도이의상관관계를모두파악하기에는불충분한점이많으리라생각되며, 스포츠외상에따른구강보호장치의재료에따른상관관 계에대하여보다더많은연구가필요할것으로사료된다.
Statement of problem & Purpose: The purpose of this study was to investigate the effect of a mouth guard material properties on the skull and brain when they were under impact loads on mandible.
Material and methods: Two customized mouth protectors having different material propeerst ieach other were made for a female Korean who had no history of brain trauma, no cerebral diseases, nomal occlusion and natural dentition. The 3D finite element model of human skull and brain scanned by means of computed tomography was constructed. The FEM model of head was composed of 407,825 elements and 82,138 nodes, including skull, brain, maxilla, mandible, articular disc, teeth and mouth guard. The stress concentrations on maxillary teeth, maxilla and skull with two mouth guards were evaluated under oblique impact load of 800N onto mandibular 3 loading points for 0.1sec. And the brain relative displacement was compared in two different mouth guard materials under same condition.
Result and Conclusion: The results were as follows; 1. In comparison of von Mises stress on maxillary teeth, a soft mouth guard material had significantly lower stress values on measuring point than a hard mouth protector materials (P < .05). 2. In comparison of von Mises stress on maxilla and skull, A soft mouth protector material had significantly lower stress values on measuring point than a hard mouth protector materials (P < .05). 3. For impact loads on mandible, there were more stress concentrated area on maxilla and skull with hard mouth guard than soft with mouth protector. 4. For impact loads on mandible, brain relative displacement had little relation with mouth guard material properties. In results of this study, soft mouth guard materials were superior to hard mouth guard materials for mandible impact loads for prevention of sports injuries. Although the results of this study were not enough to figure out the roles of needed mouth guard material properties for a human head, we got some knowledge of the pattern about stress concentration and distribution on maxilla and skull for impact loads with soft or hard mouth protector. More studies are needed to substantiate the relationship between the mouth guard materials and sports injuries.
키워드
유한요소분석;구강보호장치;유효응력;뇌의 변위량
FEM analysis;Mouth guard;von Mises stress;Relative displacement
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