The stress distribution in human mandibular premolar region related to the supporting bone quality : a finite element study using a micro-computed tomography

Abstract

[한글]교합압에 의한 치아내 응력 분포 양상을 조사하고, 교합압과 굴곡파절의 연관성을 밝히고자 많은 생역학적 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 이러한 연구들은 치아내 응력 분포에 큰 영향을 끼치리라 생각되는 치아 주위 지지골의 미세구조를 고려하지 않고 진행되어 왔다. 이 연구의 목적은 치아와 지지골의 미세구조가 반영된 2차원 미세 유한요소 모델을 제작하고 지지골의 골질에 따른 치아내 응력분포 양상을 조사하는 것이다.하악 제1소구치를 포함하는 사람 하악골 표본을 대상으로 미세컴퓨터단층촬영을 시행하여 단층 촬영상을 얻었다. 이 단층상을 이용해서 세가지 골질의 지지골과 치아의 2차원 미세유한요소 모델 ( dense, intermediate, and loose bone model )을 제작하고, 각 모델의 소구치 협측 교두정에 각각 100N의 수직력과 수평력를 가해 치아내 응력분포를 조사하였다.응력의 대부분은 협측 치경부에 집중되었으며, 골질에 따른 세가지 모델에서 응력분포의 차이점은 없었고, 골질이 우수한 dense bone model이 다른 모델에 비해 응력이 다소 높게 집중되고 있었다.본 실험에서는 미세 컴퓨터 단층 촬영으로 얻어진 디지털 영상을 기반으로 치아 및 지지골의 미세구조가 반영된 2차원 미세 유한요소 모델의 제작이 가능하여 치아내 응력분포 양상에 관한 해석의 정확성을 높힐 수 있었다.

[영문]Various biomechanical studies have been accomplished to investigate the stress distribution within the tooth and to reveal the interrelationships between occlusal overloading and abfraction. However, those studies were executed without consideration of the complicated microarchitecture of tooth and supporting bone. The aim of this study was to generate the two dimensional micro-finite element models that reflect the microarchitecture of tooth and supporting bone and to examine the stress distribution in the tooth related to various bone quality.A mandibular specimen with a first premolar was scanned using micro-computed tomography. With the scanned images, two dimensional micro-finite element models of a premolar and supporting bone of three different bone qualities ( dense, intermediate, and loose bone model ) were produced. A vertical and a horizontal load of 100N each were applied to the buccal cusp tip and the stress distribution within the tooth was analyzed.The stress was mostly concentrated on buccal cervical portion and there was no difference in stress distribution pattern among three models of different bone quality.It was possible to produce two dimensional micro-finite element models based on digital images from the micro-computed tomography, and to allow more accurate interpretation of the stress distribution pattern in a tooth than with previously available methods.