교정용 미니 임플란트의 초기 안정성에 대한 접촉 비선형 유한요소분석

Abstract

[한글]

교정용 미니 임플란트를 이용한 다양한 증례가 많이 보고되었으나 고정원으로서 가장 중요한 요소인 안정성에 대한 연구는 많지 않으며 특히 안정성과 직접 관련이 있는 스크루 디자인에 대한 연구는 부족한 실정이다.

본 연구는 교정용 미니 임플란트 식립 후 초기, 골과 임플란트 사이에 유의한 결합이 형성되어 있지 않은 상태에서 조기에 하중을 가하는 경우에 교정용 미니 임플란트의 직경, 길이, 나사모양, 그리고 식립부의 피질골 두께가 스크루 주위 응력 분포에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위하여 2차원적인 유한 요소 모델을 제작하고 접촉 비선형 분석(contact non-linear analysis)을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 미니 임플란트에 측방력이 가해질 경우 피질골 압박측, 특히 피질골 표면과 접촉하는 부위와 피질골 내 나사산 부위에 응력의 대부분이 집중되었다. 골조직의 변위는 망상골 인장측, 스크루 끝단 부위에서 주로 일어났다.

2. 응력은 최대 응력이 집중되는 부위, 즉 피질골 접촉과 관련된 요소인 스크루의 직경과 나사산 모양과 관련이 있었다.

3. 변위는 응력이 얼마나 집중되는지, 그리고 응력이 집중되는 부위 사이에 어떤 기하학적 관계를 가지는지와 관련이 있었다.

결론적으로 생물학적인 역치와 역학적인 효율성을 고려할 때 직경 1.8mm, 길이 6.0mm이고 사다리꼴 나사를 가지는 것이 바람직하였다.

[영문]The purpose of this study was to evaluate the stress and the strain distribution pattern of immediate-loaded screw type orthodontic mini-implant and the parameters affecting the initial stability of immediate-loaded orthodontic mini-implant.

Two dimensional finite element models were made at the diameter of 1.4mm, 1.8mm, 2.2mm and the length of 4.0mm, 6.0mm, 8.0mm, 10.0mm and thread shape of simple V, reverse buttress, trapezoid and cortical bone thickness 1.2mm. The models were also made of the cortical bone thickness of 0.7mm, 1.4mm, 2.1mm. The static horizontal load of four Newtons were applied on the center of the head of mini-implant. The interface between the bone and the mini-implant was defined as non-bonded conditions and contact non-linear finite element analysis was performed. The magnitude and distribution of Von Mises stresses and displacement characteristics were evaluated.

The obtained results were as follows:

1. In horizontal loading, Von Mises stresses were concentrated around the cortical bone surface of pressure side and the screw thread tip in the cortical bone of pressure side. But displacements were concentrated around the screw tip area in the trabecular bone of tension side.

2. The Von Mises stresses was associated with design of the maximum stress-bearing area. The factors which influence this areas are the diameters contacting the cortical bone and design of screw thread.

3. The control of displacement was related to the maximum stress-bearing area and location of stress-bearing areas. In other words, in addition to the factors controlling the maximum stress, screw length and thread design were influencing the displacement.

In conclusion, considering the biological threshold and biomechanical efficiency, the diameter of 1.8mm, the length of 6.0mm, and trapezoidal thread shape is recommended for the optimal initial stability of immediate-loaded orthodontic mini-implant.