Finite element analysis on closing pattern between first and second premolar extraction space in Orthodontics

Abstract

치과교정 치료에서 발치공간 폐쇄는 치열을 이루는 모든 치아의 연속적인 이동으로 이루어지기 때문에 그 기전은 복잡하다. 특히 전치부 치축을 적절히 유지하면서 구치부 고정원을 조절하는 과정은 정교함을 요하기 때문에 입체적 분석을 통한 치아이동 양상에 대한 이해가 필요하다. 지금까지 유한요소 분석은 초기 응력분포를 관찰하여 치아 이동 양상을 예측해 보는데 그쳤지만 이러한 양상만으로 정확한 치아이동 결과를 추정하는 데에는 한계가 있었다. 따라서 본 연구의 목적은 상악 제 1 소구치 및 제 2 소구치의 발치공간 폐쇄 시 3 차원 유한요소모델을 이용하여 전치부와 구치부의 입체적인 이동 양상을 단계별로 비교하여 그 기전을 규명하고자 하였다. 자연치의 크기 및 형태를 갖는 상악 치아들과 브라켓, 교정용 호선 및 치조골부를 3차원 레이저 스캐너로 스캐닝 한 후 tetrahedron 요소로 유한요소 모델을 제작하였다. .017″ X .025″ 호선 상에 제작된 Bull loop 후방에 20°의 gable bend를 부여하고 한번에 2 ㎜씩 4 회 재활성화시켜 발치공간을 폐쇄시켰다. 이 때 단계별로 폐쇄되는 발치공간의 변화 양상을 관찰한 결과 다음과 같았다. 1. 제 1 소구치 발치 시 단계별 공간폐쇄는 구치부의 전방이동 (2.49 ㎜)보다 전치부의 후방이동 (4.21 ㎜)에 의해 이루어졌으며, 전치부는 미약한 정출 (1.38 ㎜)을 동반한 경사이동 양상을 보였고 구치부도 경사이동 양상을 보였다. 2. 제 2 소구치 발치 시 단계별 공간폐쇄는 제 1 소구치에 비해 전치부의 후방 이동량 (3.62 ㎜)이 적었으며 구치부의 전방 이동량 (4.42 ㎜)은 더 크게 나타났다. 또한 전치부에서는 제 1 소구치에 비해 미약한 정출 (1.23 ㎜)을 동반한 경사이동 양상을 보였다. 3. 제 2 소구치 발치시 고정원의 협측 이동량 (1.13 ㎜) 및 회전량 (12.25°)이 더 크게 나타났다.;A closure of extraction space is a very complicated mechanism since it occurs by the continuous movement of all teeth in the dentition. Since a process combined of maintaining proper long axis in anterior teeth and controlling anchorage in posterior teeth involves complexity and variety, complete understanding the pattern of teeth movement by 3-dimensional analysis is essentially required. Finite element analysis (FEA) has been mostly utilized for predicting teeth movement by observation of the initial stress distribution; however, the information is insufficient to evaluate the precise resultant movement of teeth. Therefore, this study has been aiming at comparison of closing extraction space between maxillary first premolar and second premolar extraction using 3-dimensional FEA. Maxillary artificial teeth were selected according to the Wheeler's dental anatomy. The size and shape of each tooth, bracket and archwire were made from the captured real images by a 3D laser scanner and FEA was performed with 10-noded tetrahedron. 20° gable bends were placed behind bull loop on .017″ × .025″ archwire. And then the extraction space was closed through 4 repeated reactivating process with each 2㎜ space. The study demonstrated that: 1) At the extraction of first premolar, the extraction space was closed by the retraction of anterior teeth (4.21㎜), rather than the mesial movement of posterior teeth (2.49㎜). The anterior teeth showed a tipping movement with slight extrusion (1.38㎜) and the mesial tipping was observed at the posterior teeth. 2) At the second premolar extraction (3.62㎜), the retraction of anterior teeth was less than at the first premolar extraction (4.21㎜). The anterior teeth were shown tipping movement with extrusion (1.23㎜) and the posterior teeth were shown had mesial movement (4.42㎜). 3) At the second premolar extraction, the highly increased buccal (1.13㎜) and rotational (12.25°) movement of posterior teeth was shown.