ORIGINAL ARTICLE 교정용브라켓의종류와각도, 호선의코팅여부에따른마찰력의비교 장태호 a ㆍ김상철 b ㆍ조진형 c ㆍ채종문 c ㆍ장나영 d ㆍ강경화 c 본연구의목적은코팅된호선, 다양한브라켓, 그리고브라켓 - 호선각도가교정용호선이브라켓을활주이동하는동안발생되는마찰력에어떠한영향을미치는지에대하여평가해보는것이었다. 고정식장치를이용한교정치료시발생할수있는상황을시뮬레이션하기위하여 4 종류의브라켓 ( 금속브라켓인 Micro-arch, 단결정세라믹브라켓인 Perpect Clear2, active type 의자가결찰브라켓인 Clippy-C, passive type 의자가결찰브라켓인 Damon) 과 5 종류의교정용호선 (.14",.1",.1".22" inch coated Ni-Ti 호선,.1",.1".22" inch Ni-Ti 호선 ) 이사용되었고브라켓 - 호선각도는각각 o, o, o, o 로조절되었다. 모든실험군에서자가결찰브라켓군, Micro-arch 군, Perpect Clear2 이순으로정지, 운동마찰력이유의하게높았다 (p <.1). o 와 o 의브라켓 - 호선각도에서같은크기의 Ni-Ti 호선은코팅여부에따른정지, 운동마찰력의유의한차이가없었으나, o 에서자가결찰브라켓군의.1".22" inch Ni-Ti 호선에서만코팅된경우에마찰력이유의하게높았으며 (p <.1), o 와 o 의브라켓 - 호선각도에서원형과각형호선은모두같은크기의코팅된호선에서정지, 운동마찰력이유의하게높았다 (p <.1). 코팅된호선은크기가커질수록정지, 운동마찰력이유의하게높아졌다 (p <.1). 각형호선은원형호선보다정지, 운동마찰력이유의하게높았으나, o 의브라켓 - 호선각도에서.1" inch coated Ni-Ti 호선만은.1".22" inch Ni-Ti 호선보다마찰력이높았다 (p <.1). 브라켓 - 호선각도가증가함에따라정지, 운동마찰력도유의하게높아졌으나 (p <.1), Micro-arch 군과 Perpect Clear2 군에서.1 inch Ni-Ti 호선과이루는각도 o, o 에서는마찰력의유의한차이가없었다. ( 대치교정지 211;41():-41) 주요단어 : 마찰력, 코팅된 Ni-Ti 호선, 교정용브라켓 서론 마찰력은두물체가서로접한상태에서운동을할때생기는저항력으로움직이는물체에반대방향으로작용하여이운동을저지하려는힘이다. 1 치과교정학영역에서도치아에부착된브라켓이교정용호선을따라이동할때브라켓과교정용호선, 그리고결찰재사이에서마찰력이발생하게된다. a 전공의, b 교수, c 부교수, d 조교수, 원광대학교치과대학치과교정학교실. 교신저자 : 강경화. 전북익산시신용동 44-2 원광대학교치과대학치과교정학교실, 원광치의학연구소. -85-5; e-mail, pigtail@wonkwang.ac.kr. 원고접수일 : 211 년 5 월 2 일 / 원고최종수정일 : 211 년 월 2 일 / 원고채택일 : 211 년 월 일. http://dx.doi.org/1.441/kjod.211.41.. * 본논문은 211 년도원광대학교교비지원에의하여수행됨. 물체가운동을시작하기이전에작용하는마찰력을정지마찰력 (static friction) 이라하고일단운동이시작된물체에작용하는마찰력을운동마찰력 (kinetic friction) 이라한다. 1 호선이브라켓슬롯에결찰되면치아에교정력이가해지게되는데이힘이최대정지마찰력을능가하면서치아는전위된다. 그후변형된치주인대의저항력이회복되고이것이운동마찰력에첨가되어교정력을능가하게되면치아이동이일시적으로정지된다. 시간이경과되면서치주인대의재생이치아의탄성등에영향을미치고저작활동이브라켓과호선사이의법선력을감소시킴에따라마찰저항이붕괴되고치아이동이재개된다. 그러므로마찰력이존재하는상황에서의치아이동은지속적이라기보다는짧은단계의도약이동이라고볼수있으며, 2 치아이동을위해교정력을적용할때에는정지와운동마찰력을모두고려해야한다.
장태호, 김상철, 조진형, 채종문, 장나영, 강경화 대치교정지 41 권 호, 211 년 교정력은치아와주위조직의손상없이가능한한빠르고정확하게치아를이동시킬수있도록조절되어야하는데, 이때마찰력이영향을미치게된다. Stoner 4 는마찰력에대해처음언급하면서치아가교정용호선을따라이동할때마찰력에의해교정력이많이소실된다고하였다. Drescher 등 5 과 Kusy와 Whitley 도가해진힘의 12 - % 정도가마찰력으로소실되어고정원을상실케하거나치료시간을연장시킨다고하였다. 따라서임상적으로교정력을적용할때는이렇게마찰력에의해소실되는힘을고려해야한다. 교정치료과정에서총생을가진치열의초기배열, 활주역학을이용한발치공간의폐쇄에는낮은마찰력이유리하다. 반면에폐쇄루프역학을이용한발치공간의폐쇄, 고정원으로사용될치아들의유지, 두개의짝힘체계등에서는높은마찰력이유리하다. 7 따라서브라켓과교정용호선사이에발생되는마찰력에대한정보는효율적인교정치료를위해중요하다. 브라켓과교정용호선사이의마찰력에영향을미치는요소들에는호선의재질, 단면적모양과크기, 표면특성, 강도, 브라켓의재질, 디자인, 슬롯의폭경과깊이, 브라켓과호선간의결찰방식, 브라켓과호선간의각도, 브라켓사이의거리등과같은생리적, 기계적요소들과타액, 치태, 부식등의생물학적인요소들이있다. 8-21 실제임상에서치아이동이발생될경우에호선과브라켓슬롯이평행한경우는흔치않으며대부분에서호선은브라켓슬롯과어느정도의각도를가지면서이동하게된다. 브라켓-호선각도가마찰력에미치는영향에대하여 Redlich 등, 8 Nishio 등, Suh 등, 1 그리고 Kusy와 Whitley 11 는모든조건에서브라켓-호선각도가증가함에따라정지, 운동마찰력이증가한다고하였다. 현재치과교정분야에서는기존의금속브라켓이외에도세라믹, 레진, 자가결찰브라켓들이사용되고있다. 세라믹과레진브라켓들은심미적인장점을가지지만마찰력이증가되는단점을보완하기위해슬롯에금속이보강된브라켓들이개발되었다. Kapur Wadhwa 등 12 과 Jeong과 Choie 1 는금속슬롯이첨가된세라믹이나레진브라켓들이금속브라켓과비슷하거나더낮은마찰력을보인다고하였다. 자가결찰브라켓은자가결찰양식에따라 active type과 passive type으로분류될수있는데이들사이의마찰력을비교한실험에서 Krishnan 등 14 과 Stefanos 등 15 은 passive type이 active type보다낮은마찰력을가진다고하였다. 교정용호선의단면적과형태에대해 Cacciafesta 등 1 과 Thorstenson과 Kusy 17 는교정용호선의단면크기가증가할수록마찰력도증가하고각형호선이원형호선보다마찰력이높다고보고하였다. 교정용호선의재질에대해 Michelberger 등 18 과 Han 등 1 은마찰력이 stainless steel, Co-Cr, Ni-Ti, TMA 순으로증가한다고하였다. 최근에는교정치료중의심미성에대한관심이더욱증가하면서치아색으로코팅된교정용호선들이사용되고있다. 이호선들은심미적이라는큰장점을가지고있지만, 주간의구강내환경에서효소의활성과저작력에의해손상을받는다고보고되었다. 2 이밖에도코팅된교정용호선의물리적특성이나표면특성에대한연구 21 가이루어져왔지만현재사용되고있는다양한브라켓들과의마찰력에관한연구는이루어지지않았다. 이에본연구에서는현재사용되는금속, 세라믹, 자가결찰브라켓들과코팅된교정용 Ni-Ti 호선사이에발생하는마찰력을다양한각도와여러가지크기의호선을이용해측정해보고일반교정용 Ni-Ti 호선과비교해봄으로써그임상적효용성에대해평가해보고자하였다. 연구방법 연구재료 본실험은금속브라켓인 Micro-arch (Tomy, Futaba, Fukushima, Japan), 단결정세라믹브라켓인 Perpect Clear2 (Hubit, Uiwang, Gyeonggi, Korea), active type 의자가결찰브라켓인 Clippy-C (Tomy, Futaba, Fukushima, Japan), passive type 의자가결찰브라켓인 Damon (SDS Ormco, Glendora, Calif, USA) 를사용하였다. 모든브라켓은.22" inch 슬롯을가진상악소구치용브라켓으로 -7 o 의 torque 와 o 의 angulation 이부여되어있다. 교정용호선은.14" inch coated Ni-Ti 원형호선 (Hubit, Uiwang, Gyeonggi, Korea),.1 inch coated Ni-Ti 원형호선 (Hubit, Uiwang, Gyeonggi, Korea),.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선 (Hubit, Uiwang, Gyeonggi, Korea),.1" inch Ni-Ti 원형호선 (Tomy, Futaba, Fukushima, Japan),.1".22" inch Ni-Ti 각형호선 (Tomy, Futaba, Fukushima, Japan) 을사용 4
Vol. 41, No., 211. Korean J Orthod 브라켓종류, 각도, 호선의코팅여부에따른마찰력 Table 1. Orthodontic materials used in this study Material Specification Manufacturer Orthodontic bracket Orthodontic wire Female Micro-arch PerpectClear Clippy-C Damon.14" coated Ni-Ti round.1" coated Ni-Ti round.1" Ni-Ti round.1".22" coated Ni-Ti rectangular.1".22" Ni-Ti rectangular Tomy, Futaba-gun, Fukushima-ken, Japan Hubit, Uiwang-si, Gyeonggi-do, Korea Tomy, Futaba-gun, Fukushima-ken, Japan SDS Ormco, Glendora, Calif, USA Hubit, Uiwang-si, Gyeonggi-do, Korea Hubit, Uiwang-si, Gyeonggi-do, Korea Tomy, Futaba-gun, Fukushima-ken, Japan Hubit, Uiwang-si, Gyeonggi-do, Korea Tomy, Futaba-gun, Fukushima-ken, Japan Fig 1. Materials used in the study. A, Tested brackets (from the left side): Micro-arch, Perpect Clear2, Clippy-C, Damon; B, tested wires. 하였으며, 결찰재는 Alastik elastic module (M Unitek, Monrovia, CA, USA) 를사용하였다 (Table 1, Fig 1). 연구방법 시편및장치제작 브라켓과호선은 elastic module 의과신장없이결찰하였고, 모든브라켓은상악소구치용이었다. 모든호선은구치부위에해당되는직선부만절단하여실험에사용하였고, coating 된호선의경우도구치부위에해당되는 coating 된직선부를이용하였다. 특별히디자인된실험장치는가운데에브라켓을고정시키고각도를부여할수있도록설계하였다 (Fig 2). 브라켓 - 호선각도를부여하는 pin 은브라켓의중심에서 8 mm 떨어진곳에위치시켰으며, 이를인접브라켓의위치로간주하였다. 실험조건에따라실험장치는결속 (binding) 이생기지않을것으로예상되는 o, 결속 (binding) 이시작되는 o, 그리고 심한결속 (binding) 과홈 (notching) 이예상되는 o 와 o 의브라켓 - 호선각도를주었다. 1 마찰력의측정 모든실험은 25 ± 5 o 의건조상태로진행하였으며각실험군은 8 회씩반복실험하였다. 각실험군은매회새로운브라켓과호선으로교체되었다. 실험은 5 N 의 load cell 이부착된만능시험기 (Zwick Z2, Ulm, Einsingen, Germany) 로수행하였고, crosshead 는 1 mm/min 의속도로이동하였으며 초동안호선을당겼다. Load cell output 은컴퓨터에저장되었고, 각각의 output 을 Microsoft Office Excel 21 (Microsoft, Redmond, WA, USA) 에옮겨정지마찰력과운동마찰력의평균을구하였다. 정지마찰력은그래프에서초기 2-5 초사이에나타나는가장큰값이며, 운동마찰력은정지마찰 1 초후의값부터실험이끝날때까지 output 의평균으로구하였다 (Fig ). 41
장태호, 김상철, 조진형, 채종문, 장나영, 강경화 대치교정지 41 권 호, 211 년 Fig 2. Friction-testing apparatus. A, Jig and mounting apparatus; B, friction-testing apparatus used in test. 연구성적 브라켓종류에따른마찰력비교 정지마찰력 Fig. An example of representative graph of load cell output. 통계처리 브라켓과교정용호선사이에발생되는마찰력의차이를평가하기위해 SPSS 프로그램 (version 17., SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을이용하였다. 마찰력의평균과표준편차를계산하였으며브라켓의종류, 호선의종류, 브라켓 - 호선각도가마찰력에미치는효과를평가하기위하여일원배치분산분석 (One-way ANOVA) 및사후검정 (Duncan's multiple range test) 을시행하였다. 그리고세가지변수간의교호관계를분석하기위하여삼원배치분산분석 (Three-way ANOVA) 을사용하였다. 사전에모집단의정규성과분산의동질성을점검하여충족됨을확인하였으며통계학적유의수준은.5 로하였다. 모든교정용호선과브라켓 - 호선각도에서 Perpect Clear2 군이유의하게가장높은정지마찰력을보였고 Micro-arch 군이다음으로높은마찰력을보였으며자가결찰브라켓군에서유의하게가장낮은마찰력을보였다 (p <.1) (Table 2). 자가결찰브라켓인 Clippy-C 군과 Damon 군은대부분에서정지, 운동마찰력의유의한차이가없었으나,.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선과이루는각도 o 와 o, 그리고.1".22" inch Ni-Ti 각형호선과이루는각도 o 에서는 Clippy-C 군이 Damon 군보다정지마찰력이유의하게높았다 (p <.1) (Table 2). 운동마찰력 모든실험군에서운동마찰력은정지마찰력과같은결과를보였다 (Table ). 호선의코팅여부에따른마찰력비교 정지마찰력 o 의브라켓 - 호선각도에서의모든실험군과 o 의브라켓 - 호선각도에서의 Micro-arch 군과 Perpect 42
Vol. 41, No., 211. Korean J Orthod 브라켓종류, 각도, 호선의코팅여부에따른마찰력 Table 2. Comparison of static frictional value among the bracket (grams) Archwire Bracket degree ( o ) Mean ± SD Micro-arch Perpect Clear2 Clippy-C Damon F-value.14" coated 8. ± 11.4 a.8 ± 11.7 b.5 ±.14 c. ±.11 c.5 * Ni-Ti 11.1 ± 14.4 a 128.2 ± 14.7 b.47 ± 1.5 c 5. ± 1.22 c 4.2 * 141.5 ± 12.5 a 11.11 ± 17.7 b 24. ± 2.8 c 17. ± 2.7 c 77.8 * 178.5 ± 1.7 a 22.1 ± 18. b.25 ± 5.1 c 2.28 ± 5.24 c 77.8 *.1" coated 7.25 ± 12.74 a 12. ± 12.8 b 1.7 ±.5 c 1.1 ±.2 c 4.1 * Ni-Ti 12.5 ± 12. a 1.8 ± 15.45 b 12.5 ±.12 c 1.4 ± 2.4 c 47. * 172. ± 18.8 a 21.25 ± 15.7 b.7 ± 4.15 c 2.47 ±.17 c 42.5 * 282.1 ± 22. a 4.44 ± 27.17 b 121. ± 1.44 c 1.1 ± 8.48 c.51 *.1" Ni-Ti 1.74 ± 1.11 a 1.2 ± 1.75 b 1.8 ±.14 c 1.21 ±.11 c 417. * 118.84 ± 1.25 a 152. ± 15.5 b 1.12 ± 2.18 c 8. ± 1.4 c 42. * 152. ± 17.15 a 175.1 ± 1.78 b 2.85 ± 2.7 c 1.41 ± 4. c 418.8 *.1".22" 1.4 ± 2.5 a 212.75 ± 28.57 b 4.22 ±.81 c.74 ± 5.8 c 224.8 * coated 11. ± 15.22 a 147.41 ± 14.5 b 5. ± 1.7 c 2.21 ±. c 4.55 * Ni-Ti 15.11 ± 2. a 11.4 ± 1.44 b 44.2 ±. c 2.7 ± 4.4 c 1. * 257. ± 1. a 1. ± 1.8 b 4.45 ± 7.5 c 7.18 ±.2 d 554.2 *.1".22".1 ± 2.18 a 47. ± 2.5 b 242.24 ± 1.84 c 182.75 ± 14.7 d 24. * Ni-Ti 12. ± 11.4 a 152.41 ± 14.2 b. ± 1.1 c 2.81 ± 1.5 c 582.5 * 15. ± 12.78 a 181.71 ± 15.7 b 1. ± 1.8 c 1.14 ± 1.5 c 5.55 * 14.15 ± 17. a 22.75 ± 18.12 b 45.8 ±.58 c 7.2 ± 5.17 c 4.1 * 247.5 ± 24.2 a 275.8 ± 2.81 b 77.8 ± 8.1 c 5.57 ±.5 d 2.5 * SD, Standard deviation. Entries with the same superscripted letter were not significantly different at p <.5. * p <.1 (Duncan multiple range test). Clear2 군은.1" inch coated Ni-Ti 원형호선과.1" inch Ni-Ti 원형호선사이, 그리고.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선과.1".22" inch Ni-Ti 각형호선사이에서정지마찰력의유의한차이가없었다 (Table 4). o 의브라켓 - 호선각도에서의자가결찰브라켓군은.1" inch coated Ni-Ti 원형호선과.1" inch Ni-Ti 원형호선사이에서유의한차이가없었으나,.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선이.1".22" inch Ni-Ti 각형호선보다유의하게높은정지마찰력을보였다 (p <.1) (Table 4). o 와 o 의브라켓 - 호선각도에서모든실험군은.1" inch coated Ni-Ti 원형호선이.1" inch Ni-Ti 원형호선보다,.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선도.1".22" inch Ni-Ti 각형호선보다정지마찰력이유의하게높았다 (p <.1) (Table 4). 운동마찰력 모든실험군에서운동마찰력은정지마찰력과같은결과를보였다 (Table 4). 호선의크기와형태에따른마찰력비교 정지마찰력 코팅된호선들사이의정지마찰력을비교해보았을때, 모든실험군에서.14" inch coated Ni-Ti 원형호선,.1" inch coated Ni-Ti 원형호선,.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선순으로마찰력이유의하게높아졌다 (p <.1) (Table 4). 각형호선은원형호선보다정지마찰력이유의하게높았으나, o 의브라켓 - 호선각도에서.1" 4
장태호, 김상철, 조진형, 채종문, 장나영, 강경화 대치교정지 41 권 호, 211 년 Table. Comparison of kinetic frictional value among the bracket (grams) Bracket Archwire degree ( o ).14" coated Ni-Ti.1" coated Ni-Ti.1" Ni-Ti.1".22" coated Ni-Ti.1".22" Ni-Ti Mean ± SD F-value Micro-arch Perpect Clear2 Clippy-C Damon 7.28 ± 1.7 a 8. ± 15.7 b 85. ± 11.8 a 115.21 ± 1.1 b 11.5 ± 11.17 a 14. ± 15. b 14.8 ± 15.8 a 177. ± 1.71 b 8. ± 14.17 a 11.8 ± 14.45 b 18.4 ± 1.12 a 148.47 ± 1.14 b 151.24 ± 15.22 a 15.1 ± 18.1 b 25.18 ± 21.4 a.84 ± 2.11 b.8 ± 14.4 a 121.25 ± 1.82 b 14.57 ± 1.42 a 14.4 ± 15.42 b 12.71 ± 17.2 a 151.8 ± 15.1 b 1.7 ± 2. a 188.7 ± 1.42 b 121.7 ± 14.4 a 18.45 ± 14.1 b 14.8 ± 2.4 a 181.88 ± 15. b 215.21 ± 1.77 a 15.4 ± 22.1 b 27.17 ±.4 a 458.25 ± 4. b 122.81 ± 1.8 a 141.5 ± 14.5 b 14.17 ± 14.27 a 177.28 ± 1.2 b 171.2 ± 17. a 21.81 ± 18.1 b 21.11 ± 22.27 a 21.2 ± 21.8 b.17 ±.11 c 5.47 ± 1.5 c 21.14 ± 2. c. ± 4.72 c 1. ±.1 c.75 ±.22 c 2.85 ±.5 c 15.84 ± 1. c 1.41 ±.5 c 8.24 ± 2. c 2.85 ±.1 c 1.5 ± 7.7 c 4.7 ± 1.15 c.2 ±. c 87.82 ± 8.18 c 22. ± 1.2 c 5. ± 1.1 c 1.5 ± 1.7 c 8.71 ± 5.21 c 72.1 ± 8.5 c.14 ±.4 c 4. ± 1.28 c 1.8 ± 2.5 c 27.28 ± 5.15 c.84 ±.21 c 8. ± 2.1 c 24.4 ± 2. c 7.2 ± 7.5 c 1.5 ±.7 c 7. ± 1.2 c 18.4 ± 2. c 27.74 ± 5.4 c 1.8 ±.82 c 27.7 ± 4.1 c 2.24 ± 5.4 d 177.7 ± 15.44 d 2.4 ±.1 c 11.1 ± 1.88 c 1.45 ± 5.8 c 51.57 ± 5.7 d 12.12 * 2.48 * 55.4 * 28. * 274. * 57.88 * 411.7 * 27. * 12.71 * 28.7 * 21.1 * 17.17 * 417.55 * 27.1 * 444.12 * 184.45 * 5.5 * 58.11 * 4. * 14.77 * SD, Standard deviation. Entries with the same superscripted letter were not significantly different at p <.5. * p <.1 (Duncan multiple range test). inch coated Ni-Ti 원형호선만은.1".22" inch Ni-Ti 각형호선보다정지마찰력이높았다 (p <.1) (Table 4). 운동마찰력 모든실험군에서운동마찰력은정지마찰력과같은결과를보였다 (Table 4). 브라켓 - 호선각도에따른마찰력비교 정지마찰력 모든실험군에서 o, o, o, o 순으로정지마찰력이유의하게높아졌으나 (p <.1), Micro-arch군과 Perpect Clear2군이.1" inch Ni-Ti 원형호선과이루는각도 o 와 o 에서정지마찰력의유의한차 이가없었다 (Table 5). 운동마찰력 모든실험군에서운동마찰력은정지마찰력과같은결과를보였다 (Table 5). 브라켓의종류, 호선의종류, 브라켓 - 호선각도사이의교호관계분석 정지와운동마찰력의삼원배치분산분석에서브라켓의종류와호선의종류, 브라켓 - 호선각도사이의모든경우에통계학적으로유의한교호작용 (p <.5) 을보였다 (Tables and 7). 44
Vol. 41, No., 211. Korean J Orthod 브라켓종류, 각도, 호선의코팅여부에따른마찰력 Table 4. F-value and Duncan grouping of static & kinetic frictional value among the archwire Static Kinetic Bracket Degree ( ) F-value Duncan grouping Bracket Degree( ) F-value Duncan grouping Micro-arch 24. * Micro-arch 25.8 * 1.85 * D, E > B, C > A 2.8 * D, E > B, C > A 57.8 * 41.8 * 8.24 * 7.24 * Perpect 21. * E, D, > C, B > A Perpect 17.8 * Clear2 21.8 * D, E > B, C > A Clear2 2.14 * D, E > B, C > A 11.4 * 114. * 14.7 * 148.5 * Clippy-C 4.8 * Clippy-C 47.1 * 22.5 * D > E > B, C > A 221.71 * D > E > B, C > A 21.7 * 242.2 * 528.74 * 472.8 * Damon 17.82 * Damon 1.1 * 1.44 * D > E > B, C > A 12.7 * D > E > B, C > A 144. * 17.45 * 414.5 * 41.52 * A,.14" inch coated Ni-Ti round wire; B,.1" inch coated Ni-Ti round wire; C,.1" inch Ni-Ti round wire; D,.1".22" inch coated Ni-Ti rectangular wire; E,.1".22" inch Ni-Ti rectangular wire. * p <.1. 고찰 본실험에서교정용호선결찰은 elastic module 을사용하였다. 결찰력은브라켓과호선사이에서수직항력으로작용하는데, elastic module 이 stainless steel 결찰재를이용한방법보다술자의기술에의한오차가작게발생하여같은수직항력으로작용할것이라예상하였기때문이었다. Elastic module 은타액이존재할경우결찰력이변하게되는데본실험은건조상태에서이루어졌기때문에오차는작게발생하나실제구강내상태를재현하는데있어서한계를가지고있었다. 본실험에사용된네가지브라켓은모두 -7 o 의 torque 와 o 의 angulation 을가지고있었으나브라켓의폭경은차이가있었다. 측정된브라켓폭경은 Clippy-C 가. mm 로가장컸고, Damon 가 2.78 mm 로가장작았으며 Perpect Clear2 는.18 mm, Micro-arch 는 2.87 mm 였다. Choi 등 22 은좁은 (2.4 mm), 중간 (. mm), 넓은 (4.25 mm) 폭경을가진금속브라켓과.1".22" inch stainless steel 호선사이의마찰력측정실험에서브라켓폭경이마찰 력에유의한영향을미치지않았음을보고하였다. 본연구는세라믹과자가결찰브라켓도사용하였으나마찰력의차이를평가함에있어서브라켓폭경의차이에의한영향은고려할수없었다. 브라켓종류에따른마찰력비교 (Tables 2 and ) 단결정세라믹브라켓 Perpect Clear2 군이모든교정용호선과브라켓 - 호선각도에서유의하게가장높은정지, 운동마찰력을보였다 (p <.1). 이는여러연구에서금속브라켓보다세라믹브라켓에서더높은마찰력이나타난다는보고와같은결과였다. 12,2,24 Tanne 등 2 과 Bednar 등 24 은세라믹브라켓내부의화학적활성도와표면거칠기때문에세라믹브라켓이금속브라켓보다더높은마찰력을보인다고하였다. 자가결찰브라켓군이유의하게가장낮은정지, 운동마찰력을보인것은 Krishnan 등, 14 Cacciafesta 등 1 과도같은결과였다 (p <.1). 그들은자가결찰브라켓에서낮은마찰력을보이는이유를수직항력이가해지지않는브라켓자체의디자인과브 45
장태호, 김상철, 조진형, 채종문, 장나영, 강경화 대치교정지 41 권 호, 211 년 Table 5. F-value and Duncan grouping of static & kinetic frictional value among the bracket-archwire angle Static Kinetic Bracket Archwire F-value Duncan grouping Bracket Archwire F-value Duncan grouping Micro-arch 78.1 * Micro-arch 1.1 * 178.71 * 158.8 * 4.1 * > >, 25.4 * > >, 2. * 1.7 * 7.7 * 44.48 * Perpect Clear2 5.48 * Perpect Clear2 42.2 * 27.84 * 15.52 * 2.1 * > >, 2.2 * > >, 42.5 *.2 *.71 *.8 * Clippy-C 27.11 * Clippy-C 22.7 *.7 * 54. * 11.5 * 8. * 4. * 822.2 * 285.7 * 28.47 * Damon 174.5 * Damon 141.4 * 882.81 * 887.1 * 1.82 * 114.1 * 721.78 * 74. * 24.75 * 21.4 * A,.14" inch coated Ni-Ti round wire; B,.1" inch coated Ni-Ti round wire; C,.1" inch Ni-Ti round wire; D,.1".22" inch coated Ni-Ti rectangular wire; E,.1".22" inch Ni-Ti rectangular wire. * p <.1. 라켓슬롯및캡부위의재료구성때문이라고설명하였다. 본실험에사용된자가결찰브라켓들은자가결찰양식에따라탄성 spring clip 이탄력성있는외벽을형성하는 active type 의 Clippy-C 와상하로움직이는금속 slide 에의해견고한외벽을형성하는 passive type 인 Damon 로분류될수있다. Clippy-C 군과 Damon 군은대부분에서정지, 운동마찰력의유의한차이를보이지않았으나.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선과이루는각도 o 와 o, 그리고.1".22" inch Ni-Ti 각형호선과이루는각도 o 에서 Clippy-C 군이 Damon 군보다높은정지, 운동마찰력을보였다 (p <.1). Krishnan 등 14 과 Stefanos 등 15 도.1".25" inch 호선상에서 active type 이 passive type 보다높은마찰력을가진다고보고하였으며이는 active type 의탄성 spring clip 이호선과접촉하기때문이라고하였다. 본실험의대부분에서 Clippy-C 군과 Damon 군이정지, 운동마찰력에서유의한차이를보이지않은것은 Shivapuja 와 Berger 25 의결과와같은것이었다. 이는실험에서사용된호선들의크기가작아서브라켓슬롯을가득채우지못하여 active type 의탄성 spring clip 에접촉하지않거나 clip 의기능이제대로발휘되지못했기때문이라고생각된다. 호선의코팅여부에따른마찰력비교 (Table 4) 본실험에서는교정용호선에코팅을시행했을때마찰력에어떤영향을미치는지알아보기위해두가지크기의 Ni-Ti 호선을비교하였다. 여러가지크기의호선이있으나비교적자주사용되는.1" inch 와.1".22" inch 의 Ni-Ti 호선을비교대상으로선정하였다. o 의브라켓 - 호선각도에서는 Ni-Ti 호선에시행 4
Vol. 41, No., 211. Korean J Orthod 브라켓종류, 각도, 호선의코팅여부에따른마찰력 Table. Comparison of static frictional force according to combinations of bracket, archwire and angulation Source df Sum of squares Mean square F-value Bracket,4,87.2 1,215,2.4,7.42 * Wire 4 82,. 17,.7 4.24 * Angulation 1,448,15.4 482,718.8 2,7.82 * Bracket * wire 12 71,14. 5,2. 2.84 * Bracket * angulation 12,422.8 1,8. 74.18 * Wire * angulation 12 47,14.5,742. 22.5 * Bracket * wire,52.5. 5.1 * * Angulation Total,58,757.8 Three-way ANOVA was done. * p <.5. Table 7. Comparison of kinetic frictional force according to combinations of bracket, archwire and angulation Source df Sum of squares Mean square F-value Bracket,47,88. 1,15,7. 5,555. * Wire 4 2,5.2 15,52. 5.22 * Angulation 1,1,7.1 8,2. 2,114.77 * Bracket * wire 12 8,45. 7,45.5 4.1 * Bracket * angulation 4,87. 1,54.1 57.8 * Wire * angulation 12 445,4.5 7,117.2 22.8 * Bracket * wire,2. 1,2.2 5.7 * * Angulation Total 5,41,4. Three-way ANOVA was done. * p <.5. 한코팅자체가마찰력에큰영향을미치지않았다. o 의브라켓 - 호선각도에서, Micro-arch 군과 Perpect Clear2 군에서는 o 에서와마찬가지로코팅에의한마찰력의차이가유의하게나타나지않았다. 하지만자가결찰브라켓군에서는.1".22" inch coated Ni-Ti 각형호선이.1".22" inch Ni-Ti 각형호선보다유의하게높은정지, 운동마찰력을보였다 (p <.1). o 와 o 브라켓 - 호선각도에서는모든실험군에서코팅된 Ni-Ti 호선이각각같은크기의호선보다유의하게높은정지, 운동마찰력을보였다 (p <.1). 이를통하여브라켓 - 호선각도가증가하여결속 (binding) 이일어났을경우에증가되는마찰력이코팅된 Ni-Ti 호선에서더높다는것을알수있다. 이는브라켓 - 호선각도가증가하면서호선이구부러질때신장되는측의표면코팅성분이 Ni-Ti 성분과분리되거나약화되면서마찰력에영향을주었기때문인것으로보인다. 특히 o 와 o 실험군의일부에서마찰력테스트가끝난후코팅부위가손상되어내부금속이노출되는양상을보였다. 실험결과를통해 o 와 o 의브라켓 - 호선각도, 즉결속 (binding) 이일어나지않거나약간의결속 (binding) 만이일어날정도의치아배열을가진경우에는코팅된호선의사용이마찰력에있어서큰영향을주지않지만, o 나 o 의브라켓 - 호선각도처럼심한결속 (binding) 이나홈 (nothcing) 이발생할수있는치아배열상태에서는큰마찰력증가와코팅층의손상이일어날것이라예상할수있었다. 호선의크기와형태에따른마찰력비교 (Table 4) 호선의크기와형태에따른마찰력에대한이전 47
장태호, 김상철, 조진형, 채종문, 장나영, 강경화 대치교정지 41 권 호, 211 년 의연구들에서마찰력은교정용호선의크기가증가함에따라높아지며, 각형호선이원형호선보다더높다고보고되었다. 1,1,17,1,2,27 그들은호선의크기가증가할수록브라켓슬롯과의유격이작아, 슬롯의기저면뿐만아니라슬롯의교합측면과치은측면과도접촉이더자주일어나게되고, 원형호선은브라켓과두면에서접촉하지만각형호선은세면에서접촉하므로접촉면적이증가하게되어이러한접촉면적의증가가마찰력의증가를일으킨다고설명하였다. 또한호선의단면적이클수록 elastic module 도더늘어나서호선과브라켓간의수직항력이커지기때문에마찰력이높아질것이라고하였다. 본실험에서도코팅된호선들사이의정지, 운동마찰력을비교해보았을때, 모든실험군에서교정용호선의크기가증가함에따라마찰력이유의하게높아졌다 (p <.1). 또한원형호선과각형호선의정지, 운동마찰력을비교해보았을때, 각형호선은원형호선보다유의하게더높은마찰력을나타냈다 (p <.1). 다만 o 의브라켓 - 호선각도에서.1" inch coated Ni-Ti 원형호선이.1".22" inch Ni-Ti 각형호선보다더높은마찰력을나타냈는데 (p <.1), 이는원형호선의코팅이 o 의브라켓 - 호선각도에서마찰력증가에더큰영향을주었기때문으로생각된다. 브라켓 - 호선각도에따른마찰력비교 (Table 5) 본실험에서는모든실험군에서 o, o, o, o 순으로정지, 운동마찰력이유의하게높아졌으나 (p <.1), Micro-arch군과 Perpect Clear2군이.1" inch Ni-Ti 원형호선과이루는각도 o 와 o 에서는마찰력의유의한차이가없었다. 이는모든조건에서브라켓-호선각도가증가함에따라정지, 운동마찰력이높아진다고보고한 Redlich 등, 8 Nishio 등, 그리고 Suh 등 1 의실험과같은결과였다. 또한브라켓-호선각도가증가함에따라브라켓과호선상의결속 (binding) 이일어나는임계경사도가.7 o 이내이며그이상의경사에서는결속 (binding) 과홈 (nothcing) 이발생하면서마찰력이급격하게증가한다고보고한 Kusy와 Whitley 11 의연구를통해이결과를설명할수있다. Micro-arch군과 Perpect Clear2군이.1" inch Ni-Ti 원형호선과이루는각도 o 와 o 의정지, 운동마찰력사이에유의한차이가없게나타난것은 브라켓에따른마찰력증가율의차이를통해설명할수있다. Cha 등 28 은브라켓 - 호선각도에따른평균마찰력의증가율이군에따라다르게나타났으며 o 의브라켓 - 호선각도에서의초기마찰력크기에영향을받지않았다고보고하였다. 본실험에서도이와같은결과를나타냈는데 o 의브라켓 - 호선각도에서 Micro-arch 군과 Perpect Clear2 군이자가결찰브라켓군보다높은정지, 운동마찰력을보였지만각도가증가하면서나타나는평균마찰력의증가율은자가결찰브라켓군에서더높게나타났다. 이러한결과가나타난이유는초기결찰방식의차이에그원인이있을것으로생각된다. Micro-arch 군과 Perpect Clear2 군은 elastic module 을이용하여결찰을시행하기때문에 o 의브라켓 - 호선각도에서부터수직항력이작용하여자가결찰브라켓군보다높은초기마찰력을나타내고각도가증가했을때결속 (binding) 에의해증가되는마찰력의영향이자가결찰브라켓군보다낮게나타나게되는반면자가결찰브라켓군은결속 (binding) 이시작되기이전까지수직항력이작용하지않기때문에낮은초기마찰력을보이며결속 (binding) 에의해마찰력이증가하게되어 o 와 o 의실험군간에유의한차이를발생시킨것으로보인다. 본연구의결과로추측해본다면교정치료과정에서활주역학을이용한발치공간의폐쇄, 총생을가진치열의초기배열단계에필요한낮은마찰력을얻는데있어서자가결찰브라켓을사용하는것이도움이될것이라생각된다. 또한심미적인요구에따라코팅된호선을사용해야할경우는초기총생이심하지않은경우에서처음부터사용해도큰문제가없을것으로생각된다. 본연구는호선을브라켓에삽입하고마찰력측정이이루어진후코팅된호선표면의마모양상에대한평가가이루어지지않았고, 건조상태에서실험이진행되었기때문에실제타액이존재하는구강내의상황을재현하는데있어서한계를지니고있다. 결속 (binding) 과홈 (nothcing) 이발생되는경우에생길수있는코팅부위의손상과금속부위노출, 구강내타액이코팅된호선에미치는영향이실제임상에서중요한부분이라생각되며이러한부분들을보완한연구가필요할것으로생각된다. 결론 본실험의모든실험군에서자가결찰브라켓군, 48
Vol. 41, No., 211. Korean J Orthod 브라켓종류, 각도, 호선의코팅여부에따른마찰력 Micro-arch 군, Perpect Clear2 군순으로정지, 운동마찰력이유의하게높았고 (p <.1), o 와 o 의브라켓 - 호선각도에서같은크기의 Ni-Ti 호선은코팅여부에따른정지, 운동마찰력의유의한차이가없었으나, o 에서자가결찰브라켓군의.1".22" inch Ni-Ti 각형호선에서만코팅된경우에마찰력이유의하게높았다 (p <.1). 이를통해, 낮은마찰력이필요한임상적상황들에서자가결찰브라켓을사용하는것이도움이될것이라생각된다. 또한초기총생이심하지않은경우에는코팅된호선을사용하여도큰문제가없을것으로보인다. 하지만결속과홈이발생되는경우에생길수있는코팅부위의손상과금속부위의노출, 구강내타액이코팅된호선에미치는영향이고려되지않아이를보완한추가적인실험이요구된다. 참고문헌 1. Seong BN. Basic physics. Seoul: Ewoo Publication; 181. p. -. 2. Cho MS, Kim JC. Frictional forces in the fixed orthodontic appliance during tooth movement. Korean J Orthod 1;2:4-17.. Graber TM, Vanarsdall RL, Vig KWL. Orthodontics: current orthodontic concepts and techniques. 4th ed. St Louis: Elsevier Mosby; 25. p. -4. 4. Stoner MM. Force control in clinical practice. Am J Orthod 1;4:1-8. 5. Drescher D, Bourauel C, Schumacher HA. Frictional forces between bracket and arch wire. Am J Orthod Dentofacial Orthop 18;:7-44.. Kusy RP, Whitley JQ. Friction between different wire-bracket configurations and materials. Semin Orthod 17;:1-77. 7. Burrow SJ. Friction and resistance to sliding in orthodontics: a critical review. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2;15: 442-7. 8. Redlich M, Mayer Y, Harari D, Lewinstein I. In vitro study of frictional forces during sliding mechanics of "reduced-friction" brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2;124:-7.. Nishio C, da Motta AF, Elias CN, Mucha JN. In vitro evaluation of frictional forces between archwires and ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 24;125:5-4. 1. Suh CW, Jung HS, Cho JH, Kang KH. Comparison of frictional forces between orthodontic brackets and archwires. Korean J Orthod 25;5:11-2. 11. Kusy RP, Whitley JQ. Influence of archwire and bracket dimensions on sliding mechanics: derivations and determinations of the critical contact angles for binding. Eur J Orthod 1;21:1-28. 12. Kapur Wadhwa R, Kwon HK, Sciote JJ, Close JM. Frictional resistance in ceramic and metal brackets. J Clin Orthod 24; 8:5-8. 1. Jeong TJ, Choie MK. Evaluation of frictional forces between orthodontic brackets and archwires. Korean J Orthod 2;: 1-2. 14. Krishnan M, Kalathil S, Abraham KM. Comparative evaluation of frictional forces in active and passive self-ligating brackets with various archwire alloys. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2;1:75-82. 15. Stefanos S, Secchi AG, Coby G, Tanna N, Mante FK. Friction between various self-ligating brackets and archwire couples during sliding mechanics. Am J Orthod Dentofacial Orthop 21;18:4-7. 1. Cacciafesta V, Sfondrini MF, Ricciardi A, Scribante A, Klersy C, Auricchio F. Evaluation of friction of stainless steel and esthetic self-ligating brackets in various bracket-archwire combinations. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2;124:5-42. 17. Thorstenson GA, Kusy RP. Effect of archwire size and material on the resistance to sliding of self-ligating brackets with second-order angulation in the dry state. Am J Orthod Dentofacial Orthop 22;122:25-5. 18. Michelberger DJ, Eadie RL, Faulkner MG, Glover KE, Prasad NG, Major PW. The friction and wear patterns of orthodontic brackets and archwires in the dry state. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2;118:2-74. 1. Han JS, Lee JW, Cha KS. A comparative study of frictional forces according to orthodontic wires and ligation method under dry and wet conditions. Korean J Orthod 21;1:271-81. 2. Kusy RP. Orthodontic biomaterials: from the past to the present. Angle Orthod 22;72:51-12. 21. Elayyan F, Silikas N, Bearn D. Mechanical properties of coated superelastic archwires in conventional and self-ligating orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 21;17: 21-7. 22. Choi WC, Kim TW, Park JY, Kwak JH, Na HJ, Park DN. The effect of bracket width on frictional force between bracket and arch wire during sliding tooth movement. Korean J Orthod 24;4:25-. 2. Tanne K, Matsubara S, Shibaguchi T, Sakuda M. Wire friction from ceramic brackets during simulated canine retraction. Angle Orthod 11;1:285-. 24. Bednar JR, Gruendeman GW, Sandrik JL. A comparative study of frictional forces between orthodontic brackets and arch wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop 11;1:51-22. 25. Shivapuja PK, Berger J. A comparative study of conventional ligation and self-ligation bracket systems. Am J Orthod Dentofacial Orthop 14;1:472-8. 2. Lee JH, Lee KS. An experimental study of dynamic frictional resistance between orthodontic bracket and arch wire. Korean J Orthod 21;1:47-77. 27. Kapila S, Angolkar PV, Duncanson MG Jr, Nanda RS. Evaluation of friction between edgewise stainless steel brackets and orthodontic wires of four alloys. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1;8:117-2. 28. Cha JY, Kim KS, Kim DC, Hwang CJ. Evaluation of friction of ceramic brackets in various bracket-wire combinations. Korean J Orthod 2;:125-5. 4
ORIGINAL ARTICLE The comparison of the frictional force by the type and angle of orthodontic bracket and the coated or non-coated feature of archwire Tae-Ho Jang, DDS, MSD, a Sang-Cheol Kim, DDS, MSD, PhD b Jin-Hyoung Cho, DDS, MSD, PhD, c Jong-Moon Chae, DDS, MSD, PhD, c Na-Young Chang, DDS, MSD, d Kyung Hwa Kang, DDS, MSD, PhD c Objective: The purpose of this study was to evaluate the difference in frictional resistance among metal, ceramic, self-ligation brackets and coated or non-coated Ni-Ti archwires at various bracket-archwire angulations during the sliding movement of an orthodontic archwire, using an orthodontic sliding simulation device. Methods: Four types of bracket (Micro-arch Perpect Clear2 Clippy-C and Damon and 5 types of orthodontic archwire (.14",.1", and.1".22" inch coated Ni-Ti, and.1" and.1".22" inch Ni-Ti) were used. Further, the bracket-archwire angles were set at 4 different angulations:,,, and. Results: The frictions from all the experimental groups were found to be significantly increased in order of self-ligation brackets, Micro-arch and Perpect Clear2 (p <.1). The presence of a coat had no effect on the friction of the same sized archwires at and bracket-archwire angles (p <.1). Coated archwires had significantly higher frictions than the same sized non-coated archwires at and bracket-archwire angles (p <.1). The frictions increased significantly as the bracket-archwire angles were increased (p <.1). Conclusions: The use of self-ligation brackets will be beneficial in clinical situations where a low frictional force is required. Further, in cases where crowding is not severe, the use of coated archwires should not cause problems. However, more additional explanation is required considering the fact that the damage of coated archwire and exposure of the metal portion in case of binding and notching and the effects of saliva were not taken into account. (Korean J Orthod 211; 41():-41) Key words: Friction, Coated Ni-Ti archwire, Orthodontic bracket a Resident, b Professor, c Associate Professor, d Assistant Professor, Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University. Corresponding author: Kyung Hwa Kang. Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University, Wonkwang Dental Research Institute, 44-2 Sinyong-dong, Iksan 57-74, Korea. +82 85 5; e-mail, pigtail@wonkwang.ac.kr. Received May 2, 211; Last Revision September 2, 211; Accepted September, 211. 41