하악 구치부에서 임플란트 고정체와 지대주의 협설 기울기에 따른 응력분포에 관한 3차원 유한요소분석

Abstract

연구의 목적은 치아장축에 임플란트를 식립 후 직선적 지대주를 연결한 것을 기준모델로, 지대주의 기울기와 임플란트의 식립 기울기를 협설로 변화를 주는 경우에 있어서 기울기 변화에 따른 임플란트와 주변조직의 응력 변화를 비교해보고, 어떠한 방법이 교합력에 의한 응력 분산에 더 유리한지를 연구하는 것이다. 연구방법은 전산 단층 촬영된 (Computed Tomography) 하악골의 형태를 3차원 형상으로 만들었으며, 치밀골의 두께는 3mm로 설정하였다. 실험모델은 임플란트를 치아장축에 평행하게 식립후, 직선적 지대주를 체결하여 기준 모델로 하였고, 지대주의 기울기를 15°, 25°도 경사진 지대주를 설측으로 체결한 모델 2종류, 임플란트를 치아장축에 대해 15°, 25° 기울여 식립 후 동일 각도의 협측경사의 지대주를 체결한 모델 2종류로 총 5개의 연구 모델을 제작 하였다. 하중 조건(loading condition)은 총 하중을 375 N로 부가하되, 수직하중은 300N으로 치아의 중심와와 협측교두에 각각 150N씩 나누어 부가하고, 경사하중은 75N으로 협측교두에 협설측 방향으로 30°로 부가하였으며, 임플란트와 주위조직에서 발생하는 응력 분포를 3차원 유한요소법 (finite element analysis)를 이용하여 고찰하였다. 유한요소 해석은 본 연구에서 골과 임플란트 고정체의 나사산은 완전한 골화(osseo integration)을 전제로 가정하고, 유한요소 해석은 ANSYS version 11.0 (Swanson Analysis system Inc.,USA)을 이용 하였으며, 응력은 대표적인 등가 응력(von Mises stress)을 이용하여 비교 분석하였다. 연구결과는 지대주와 임플란트의 식립 기울기가 증가할수록 수직하중과 경사하중에 모두 작용한 복합하중의 경우에서 임플란트와 주위조직의 응력은 증가하였다. 다만 하중의 위치와 종류에 따라서는 응력의 변화가 연구 모델의 종류에 따라 부분적으로 다르게 나타나기도 했다. 이는 응력이 하중의 작용선과 임플란트 고정체의 중심선과의 거리인 수평적 편심부하 (horizontal offset )가 지대주의 기울기에 따라 변화한 결과이며, 편심부하 (offset)이 증가할수록 응력도 증가하였다.;Purpose: The purpose of this study was to comparatively analyze the stress distribution according to the of angulations of abutments and inclinations of the implant fixtures for vertical load on central fossa, vertical load on buccal cusp tip, and oblique load. Material and Methods: Computed tomography was used to construct three dimensional images of the mandible, followed by adding 3mm of cortical bone thickness on the top to finalize the mandibular study model. For the experimental purposes, three study models with straight and angled abutments of 15° and 25° were prepared following the insertion of implants parallel to the long axis of the tooth. Additional two experimental models were fabricated with 15° and 25° of implant inclinations. Using ANSYS 11, a finite element analysis program, the magnitudes of stress distribution were analyzed following the application of 150N of vertical load on central fossa, 150N of vertical load on buccal cusp tip, and 75N of oblique load in 30° of lingual inclination from the buccal cusp tip. Results: 1. In straight abutment group, the stress values were minimal in bone, implant, abutment and screw under vertical loading on central fossa, while were high under vertical loading on buccal cusp tip. 2. In 25° angled abutment group, the magnitude of stress under vertical loading on buccal cusp tip was low, while was high under vertical loading on central fossa. 3. The application of angled implantation produced the highest stress magnitude under vertical loading on buccal cusp tip, while the stress magnitude were the lowest under olique loading on buccal cusp tip. 4. Upon comparison of stress magnitudes when the inclinations of implants and abutments were equal by 25°, the magnitudes of stress under complex loading (vertical + oblique loading) showed high values in angled abutments. 5. Under vertical loading in central fossa and oblique loading, angled abutments showed high stress values. While angled implants produced high stresses under vertical loading on the buccal cusps. Conclusion: The magnitude of stress under loading was lowest when the load was applied vertically onto the axis of implant, and increased in proportion to the offset between the axis of loading and the central axis of the implant.