- 대한치과보철학회지 Vol. 33 No. 3, 1995 - 하악임플란트 Bicortication 의응력분산효과에관한유한요소분석적연구 서울대학교치과대학치과보철학교실 이양진ㆍ양재호ㆍ이선형ㆍ정헌영 Ⅰ. 서론 임플랜트가치아결손시치아대체물로사용되고 Brånemark 가골조직과임플랜트표명간의연조직개재없는직접적결합을의미하는골유착의개념을소개한이후로골유착성치근형임플랜트의사용이주류를이루고있는시대로접어들었다 (40). 이제까지의임플랜트연구는초기의골유착에대한연구이후임플랜트형태의설계, 재료에따른생체친화성에대한연구, 임상적성공율, 자연치와의연결문제, 상부보철물구조와재료에따른영향, 또는치주조직과골조직에관련된제반문제점에대한연구등임플랜트성공에관한모든사항에대해개선하고자하는노력의연속이었다. (51). 결국저작, 심미, 발음을치아상실전수준으로회복하는것이기때문에이의연구방향은골유착의성공유도와유착된골과임플랜트주위환경의유지로압축될수있다. 특히골유착환경파괴원인의하나인악골내발생응력은임플랜트성공여부에관건이되어왔다. 자연치에서의응력은치주인대의기능으로완충작용을받게되면따라서반복되는기능하중하에서적절한외력의분산이일어날수있으나골유착성임필랜트의경우자연치의치주인대와같은조직이없는골과임플랜트의직접적인결합상태이므로기능시의외력은매식체를통해서직접악골에전달되게되어응력의분포양상이자연치와판이하게달라지게된다. (11, 48, 49, 50) 따라서계속되는교합압을생리적허용한계내에서분산시킬수있는대안이필요하다. 이에 학자들은임플랜트자체의견고성, 개수, 배열, 상부보철물설계, 사용재료에따른교합력, 골의밀도와균질성에대한수많은연구를통해임플랜트와골계면사이의응력을낮추고응력의집중을피해, 임플랜트와악골간의결합파괴나, 임플랜트자체의파절및탈락, 매식물과보철물의연결부손상, 보철물의 (8, 9, 파절, 치조골의소실을막으려는시도를해왔다. 11, 42) 골유착성임플랜트의응력분산은심하게흡수된하악임플랜트 overdenture설계에있어서도중요한문제가아닐수없다. 오랜총의치사용으로인한치조골의흡수는종종임플랜트식립이어려울정 (39, 40, 41) 도로잔존치조골의손실을야기하기도한다. 따라서해면골을관통하여하악하연치밀골에임플랜트기저부가위치하도록식립하는경우가종종있다. Sennerby (4) 는토끼의슬관절의대퇴골부 (femoral part) 와경골 (tibia) 에임플랜트를식립하여 removal torque를측정한결과해면골로이루어진대퇴골부에서는시간이지남에따라 torque가늘어난반면치밀골인경골에서는초기부터높았다고하여치밀골의초기고정효과를밝힌바있다. Line (6) 등은 Zingheim과의의견교환으로 bicortication이란골능피질골 (crestal cortical bone) 과기저부피질골 (apical cortex), 즉하악전연하연치밀골, 하치조관상벽혹은상악동이나비강저같은부위에임플랜트기저부가관통하여식립되는것이라했으며 bicortication은능골 (crestal bone) 의응력을분산시켜준다고하였다. Hobo (41) 는하악 517

전연에서더나은임플랜트식립과빠른치유기간을위해하부치밀골까지식립하는것을추천한다고하였다. 하지만이런학자들의연구는치밀골의초기고정효과나발생응력의물리, 수학적계산, 임상적경험에의지하고있을뿐임플랜트 bicortication시발생되는응력량과응력분산에대한연구는전혀없어, 해면골내에식립하는방법과비교하여장단점을알수가없었다. 따라서저자는임상에서사용되는 bicortication식립상태의응력분석을통해임플랜트의하악골내응력분산의효과를알아보고자하였다. 구조물에발생하는응력을분석하는여러방법중유한요소분석법은분석하고자하는대상을유한개의요소로분할, 구성하여응력의해를구하는방법으로구조체의형태, 하중등이복잡한경우에도거의제한없이사용할수있고, 전반적인응력의분포와측정이가능하며변위전후의상태를비교할수있다는장점이있다. (42) 저자는치조골이흡수된하악무치악환자의전연부를대상으로 overdenture를위한 cylinder형임플랜트를견치부위에하악하연치밀골까지식립한 2차원유한요소모형을설계하고상부보철물설계, 하악골높이, 임플랜트길이를달리한후발생하는응력을비교하여 bicortication이응력분산에미치는영향에관해다소의지견을얻었기에보고하는바이다. 은부위는응력을가했을때 overdenture가완전히밀착된것으로가정한상태로 1mm두께가되게설정하였다. 일반적으로점막은단순한탄성체가아니고복잡한점탄성체이나그특성을재현시키기복잡하여선형으로설정하였다. (45, 46) 상부보철물은역시 Integral의제원을참조하여하나는금합금을재료로하는 bar type으로, 다른하나는 stud type으로설계하고응력을받을때 overdenture와밀착하여하나가된것으로가정하였다. Bar type의경우 ADA 규격제 3 형금합금으로설정하여고정효과를높였으며 bar의길이는재료의강도보다발생응력에더영향을끼치며 18-23mm가적당하다는보고에따라 20 mm로설계하였다. (13) Overdenture의상부 7mm는 acrylic 치아로, 하부 8mm는의치상으로규정하여임의로설정했다. 상부보철물의높이차이에의한응력발생차를방지하기위하여 overdenture의높이는일정하게하였다. 저작시일어나는하악의변형을고려하여고정점은하악외연부에두어응력발생시하악의굽힘이일어나게하였다 (1). 각각의설계부위에재료별로물성치 (Young s modulus of elasticity; E, Poisson s ratio) 를대입하였다 (45, 50) (Table 1). 모델은 4각형, 3각형의작은요소들로분할하고선형 (linear), 등방성 (isotrophic) 인것으로가정하였다. Bar type은 953개의절점, 995 개의요소를가진모델을, stud type은 878개의절점과 918 개의요소를가진모델을완성하여이들을기준으로 Ⅱ. 연구재료및방법 하악전연부를관상절단 (coronal section) 한것으로가정하여임플랜트 overdenture 모형을설계하고악골의높이, 임플랜트의길이, 상부보철물설계를달리한 26 가지모형을만들어 4 가지종류의하중조건하에서실험하였다. Overdenture 를위한두임플랜트는서로 22-27 mm거리에있는것이적은골소실을일으킨다는보고에따라 (12), Integral(Calcitek Co. USA) 의제원을참조하여 4 mm직경의 cylinder 형임플랜트가견치부위에식립되어골유착된것으로설정하고치밀골은선현들의연구에의하여상하모두 2 mm로 (49, 50), 치 Table 1. Young s modulus and Poisson s tatio of experimental models 518

악골높이를 2 mm씩줄여나가며 15.5 mm, 13.5 mm, 11.5 mm, 9.5 mm, 7.5 mm의높이가되게하였고같은악골높이에서의임플랜트길이에따른영향을알아보기위하여하연치밀골을관통한상태, 하연치밀골내에기저부가위치한상태, 해면골에기저부가위치한상태를 2 mm씩길이가다르게설계하였다. 또같은임플랜트길이에서악골높이에따른영향을보기위하여높이변화를응용하여비교군을만들었다.(Fig. 25-32) 위의방법으로 4 군 (group), 13 개의 model 을 bar type(b) 과 stud type(s) 으로나누어각각설계해단순화, 정형화된 26 개의 model 을얻었고편의상앞숫자를임플랜트길이, 뒷숫자를 0.5 mm단위를뺀악골높이로표시하여다음과같이구분하였다. Group Ⅰ B & S 1315, 1513, 1313, 1113 Ⅱ B & S 1113, 1311, 1111, 9 11 Ⅲ B & S 9 11, 11 9, 9 9, 7 9 Ⅳ B & S 7 9, 9 7, 7 7, 5 7 # 해면골에임플랜트기저부가위치하고악골높이가 2 mm더큰모델 -B & S 13 15, 11 13, 9 11, 7 9 # 하연치밀골을관통하여임플랜트기저부가하연밖으로나온모델 -B & S 15 13, 13 11, 11 9, 9 7 # 하연치밀골내에임플랜트기저부가위치한모델 -B & S 13 13, 11 11, 9 9, 7 7 # 해면골에임플랜트기저부가위치한모델 -B & S 11 13 #, 13 11 #, 11 9 #, 9 7 하중은선현들의연구를바탕으로 70 N 의정하중을수직방향과, 원심에서 30 경사방향으로견치와중절치에가하는것으로설정, 견치수직하중을하중례 1, 견치경사하중을하중례 2, 중절치수직하중을하중례 3, 중절치경사하중을하중례 4 로하였다.(Fig. 1) 유한요소분석을위한프로그램으로, 개인용유한요소프로그램인 SuperSAP version 2.33 을사용하였으며 perprocessing 은 Aedit, solving 은 SuperSAP, postprocessing 은 Super view 2.10 에서시행하여 monitor 상에서응력분포를관찰하고비교분석하였다. Monitor 상에나타난응력중 von Mises 응력을임플랜트와골계면에서 0.25 mm떨어 Fig. 1. Direction and location of load. (A;B1315, B;S1315) 519

진지점에서상부치밀골, 하부치밀골, 해면골, 기저부에서각각측정하였다. 하중에의한하악골변위는악골높이차에의한변위차를고려하여같은악골높이에서측정이되도록측정점을설정했다.(Fig. 2) 발생된응력을바탕으로 microstrain 치를얻어악골내발생부하저오를예측하였다. Fig. 2. Reference points for deflection value(1;distal upper point, 2;distal lower point. 3;mesial lower point, 4;mesial upper point, 2 and 3 ;reference point for next group) Ⅲ. 연구결과 1. 변위 (Table 2, Fig. 21-24) 모델에따라악골의높이가달라측정점이달라지기때문에각군 (group) 에따라동일한높이에서측정이되도록임플랜트-골계면의근, 원심최상방점과하부계면의근, 원심측정점중하부측정점을달리해가며 4곳을측정하였다. 즉처음군은 13.5mm악골높이에서측정하였고 2,3,4군은 11.5mm, 9.5mm, 7.5mm로하부측정점을달리했다 (Fig. 2). 1) 전체모델에서수평변위량보다수직변위량이 10-100배더커서주로수직변위가일어난다고할수있었다. 2) 악골높이와임플랜트길이가작아질수록수평, 수직변위는증가하였다. 3) 하중례 1보다하중례 3의수직, 수평변위량이모두컸다. 또한수직하중에서경사하중보다변위 량이크게나타나하중례 3, 1, 4, 2 의순서로변위가켰다. 또한중절치부위에하중을가한 3,4 에선경부임플랜트의수평변위방향이 + 에서 - 로바뀌었다. 즉견치부위에서의하중시엔경부에서는근심하방변위, 하연에선원심하방변위양상을보이다가중절치부위하중시엔, 하연에서원심하방변위양상을보이는것은동일했으나경부에선원심하방변위를보였다. 4) bar type 과 stud type 에따른차이 bar type 에비해언제나 stud type 의수직, 수평변위량이컸다. 5) 모델에따른경부와하방부에서의변위차이경부와하방부양쪽에서수직변위량이많은순서는해면골에임플랜트기저부가위치한모델, 하연치밀골내에임플랜트기저부가위치한모델, 하연치밀골을관통하여기저부가하연밖으로나온모델, 해면골에기저부가위치하고악골높이가 2 mm더큰모델순서였다. 수평변위의순서는약간씩달랐다. 2. 응력구조물에의해힘을가하여복합응력이생길때어느응력성분에의해파절이생기는지알수없으므로, 복합응력상태에서실제로이응력을대변하는값으로유효응력을정의하여이응력을파괴응려과비교하는방법이 von Mises응력방법이다. 즉, 다축방향응력을 1축응력으로간주하는계산값을얻어응력을종류별로분석하지않고발생된응력을전반적으로파악하여상호비교목적으로사용하는것이다. 따라서응력의최대값이구조물의파괴나임상적실패 (42, 44, 53) 를의미하지는않는다고볼수있다. 1) 전체의모델에서응력은원심상부치밀골과원심하부치밀골에주로집중되었으며근심부엔응력의집중이거의없었다 (Fig. 3-18, Fig. 33-64). 2) 악골높이와임플랜트길이에따른차이 (Fig. 3-18, Fig. 33-64) 악골높이와임플랜트길이가작아질수록발생된응력의크기는증가하였다. 같은악골높이에서해면골내에임플랜트기저부가위치한경우와하여치밀골내에위치한경우같이임플랜트길이차가있을때의경부응력차이보다, 같 520

Table 2. Deflection value under load 521

Fig. 3. Comparison of the stress values under load, case 1 Fig. 6. Comparison of the stress values under load case 1 Fig. 4. Comparison of the stress values under load, case 1 Fig. 7. Comparison of the stress values under load, case 2 Fig. 5. Comparison of the stress values under load, case 1 Fig. 8. Comparison of the stress values under load, case 2 522

Fig. 9. Comparison of the stress values under load, case 2 Fig. 12. Comparison of the stress values under load, case 3 Fig. 10. Comparison of the stress values under load, case 2 Fig. 13. Comparison of the stress values under load, case 3 Fig. 11. Comparison of the stress values under load, case 3 Fig. 14. Comparison of the stress values under load, case 3 523

Fig. 15. Comparison of the stress values under load, case 4 Fig. 16. Comparison of the stress values under load, case 4 은임플랜트길이에서다른악골높이에발생한경부응력차이가모든경우에서컸다. 3) 하중례에따른차이 (Fig. 19-20) 하중례 1 보다하중례 3 의모든부위의응력이컸으며수직하중에서경사하중보다더큰응력이발생되어하중례 3, 1, 4, 2 의순서로응력이발생되었고이순서는변위량이큰순서와일치했다. 4) Bar type 과 stud type 에따른차이 (Fig. 3-18, Fig. 33-64) 모든모델에서 bar type 이 stud type 보다해면골과치밀골에발생하는응력이낮았다. 특히원심상부치밀골의응력은뚜렸한차이를보였다. 그러나기저부에서의응력은, 치밀골을관통하여계면에서 0.25 mm떨어진지점의측정이불가능한하연치밀골관통모델을뺀나머지모델에서 bar type 의응력이 stud type 의응력보다언제나컸다. 5) 모델에따른측정점응력차이 (Fig. 3-18, Fig. 33-64) a. 원심상부치밀골발생응력이큰순서는해면골에임플랜트기저부가위치한모델, 하연치밀골을관통하여기저부가하연밖으로나온모델, 해면골에기저부가위치하고악골높이가 2mm더큰모델순서였고이는변위량이큰순서와일치했다. b. 원심하부치밀골하연치밀골에기저부가위치한임플랜트모델에서해면골위치임플랜트모델보다항상더큰용력이발생했다. 하연치밀골위치모델중에도하연관통모델에서현저한응력의집중양상을보였다. c. 근심하부치밀골동일군 (group) 의 4가지모델중에서하연관통모델에서응력집중이가장컸으며치밀골내임플랜트기저부위치모델에서응력집중이가장적게일어났다. Fig. 17. Comparison of the stress values under load, case4 d. 근심상부치밀골 stud type의하중례 3, 4에선상부치밀골의상연 524

에가장큰응력집중이일어났으나하중례 1,2 에선상부치밀골의하연에가장큰응력집중이일어났다. Bar type 에선하중례 3, 4 의양상은 stud type 과일치했으나 1, 2 에선중간부를제외한상연과하연에응력집중이일어나고두값은비슷했다. e. 기저부 Fig. 18. Comparison of the stress values under load, case4 하연치밀골내임플랜트기저부가위치한모델에서해면골위치모델에서보다큰응력이발생했다. f. 해면골 발생응력이큰순서는해면골에임플랜트기저부가위치한모델, 해면골에기저부가위치하고악골높이가 2 mm더큰모델, 치밀골내에기저부가위치한모델, 치밀골을관통하여기저부가하연밖으로나온모델순서였다. 응력값은가장큰응력이발생하는요소에서얻었는데이요소의위치는해면골모델에선기저부에가까운지점이었으나치밀골위치모델에선조금상부이동을관통모델에선더상부로이동하였다. Ⅳ. 총괄및고안 Fig. 19. Comparison of the stress values under load, case 1-4 Fig. 20. Comparison of the stress values under load, case 1-4 완전무치악의경우총의치에의한회복방법이주로사용되어왔다. 그러나총의치는저작압을잔존치조제에전달하게되며특히지지조직이적은하악에서저작압의적절한분산이일어나지않을경우치조골의흡수가빨라지고과각화, 궤양, 괴사가야기되는등의문제점이일어나게된다. 누년적연구에서 Tallgren (38) 은하악총의치환자에서상악보다평균 4배더많은전연부치조제흡수가일어나다고하였다. 따라서심하게흡수된하악의경우, 임플랜트는획기적인대안이될수있었다. 임플랜트에의한회복방법은임플랜트 overdenture 방법과고정-가철식전악임플랜트보철방법이있으나술식의간단함, 좋은구강위생유지, 경제적인문제, 전신적인문제등의요소들과적은잔존골량, 강한악골관계, 선후천적외상에의한손상부회복측면에서 overdenture가더유리한기능을수행할수있다. (32, 23) 이런임플랜트 overdentures는치료전에비해더나아진저작률, 대화중의안전성, 심미성을나타낼 525

뿐아니라발음을개선시키고저작속도의현저한개선과골의질 (bone quality) 이떨어지는부위에서도성공적인결과를낳아, 하악의경우임플랜트생존율 (23, 24, 25) 이 99% 라는보고도있다. (23, 24, 그러나이제까지의많은연구에도불구하고 25, 43, 46) 임플랜트 overdenture에서지대치로쓰인임플랜트의응력분포양상에관한연구는거의없는형면이며특히 bicortication에대한연구는전무한실정이다. Overdenture가하악에끼치는응력의연구에서김 (45) 은 overdenture재료에따른응력량과분포양상에차이가있음을보고하였으며 Lord (34) 등은물체가외력을받을때가해진힘의방향, 지지받는물체의형태및재질종류에따라분산되는내부응력양상이달라진다고하였다. Skalak (11) 은같은양의충격이라도충격흡수장치가존재하면힘의최대치 (peak force) 가낮아지는힘-시간관계가성립된다고하였으며이는특히동하중에서그효과가크리라생각된다. 또한 Mericke-Stern (15) 은의치하방연조직이응력을흡수하는역할을하여 overdenture의응력양상은고정식과는다를것이라하였고 Meijer (1, 5) 는상부보철물의설계차가임플랜트하중과하악변형에영향을준다고하였다. 국내에서도치관부회복재료에따른응력의연구가있었다 (47, 51). 응력실험에서 overdenture를설계하면다음과같은효과가있다고생각된다. 첫째, 구치부저작시나의치의들림 (rotational movement) 이나비틀림시수평력이발생되어임플랜트에영향을미칠것으므로이의효과를재현할수있을것이다. 둘째, 응력흡수재역할을하여응력양상이달라질것이며셋째, 교합력을잔존치조제와임플랜트에분산시키는효과가있을것이다. 다음으로생각해볼것은해면골에발생된응력을어떻게비교할것인가하는것이다. 여러연구에의해임플란트에가해지는응력은주로상부치밀골에집중되며해면골에는거의응력집중이없었다는사실이밝혀졌고 (1, 5-9, 18, 36, 47, 50, 51, 54) 김 (42) 등의연구에서악골의밀도가응력량에영향을끼친다는사실로미루어볼때임플랜트기저부가치밀골에위치했을때기저부에서발생하는응력과해면골에위치했을때발생하는응력의단순비교는의미가없으며임플랜트측방부가위치하는해면골내에서측정점을고정 하는것도마찬가지라고생각된다. 따라서저자는악골높이와임플랜트길이변화의조합과해면골내의측정계면최대응력치비교, microstrain치의측정으로응력비교를객관화하려하였다. Microstrain이란발생된응력값을응력발생구조의 Young s modulus로나눈값으로 (1 microstain = 10-6 mm / mm ) Martin과 Burr (37) 는골이 200-2500 microstain일때생리적범위에, 2500-400 microstain일대과부하에, 4000이상일때병적인과부하에있다고하였다. 이것은골의부담능력을고려하지않은단순한응력절대치를상대적개념으로바꾸어골흡수가능성이큰부위의대략적파악에쓰이며해면골과치밀골발생응력의간접비교의한방법이될수있을것이다 (50). 응력의발생에영향을미칠또하나의중요한요소는모델의고정점이다. Korioth (3) 는인체의하악골은이를악물때탄성적으로변형이되고그양상은매우복잡하다고하였으며정하중시의하악의변형은근활동에의한영향이라고추정했다. 이전에도교합시는아니지만개구, 전방이동시의하악골변형에대한연구가있었다. (2, 29,30, 31) Koivumaa는힘의작용점과고정부위사이의거리, 재료의탄성에따라힘의분포는달라질것이라하였으며 (46) Ralph (17) 등은하악에서생리적고정부위를고려하지않은응력, 변위실험은실제와크게달라질수있다고하였다. 따라서하악의고정부위인하악각, 하악근돌기, 과두부위를고정점으로고려하여야인체와유사한하악이변형이재현될것이다. (42, 45, 46) 그러나 2차원평면에서는하악각과근돌기, 과두부위의설계가어렵기때문에수정이필요하며본실험에서는하악골외연을고정점으로설정해수직변위가일어나게하였다 (1). 결과적으로발생된응력은하악하연치밀골과치아아래를따라근돌기와과두부위로흐르는인체의골지주 (trajectory) 와유사한분포를보였으며 (17) 변위량도 Korioth(3) 의연구와유사한 0.2-0.3mm값을나타내었다. 응력과관련된가장직접적인영향요소는하중이다. 하중크기가중가할수록하중크기에정비례하여응력이증가되는양상을보이게된다. (11, 41, 42) 임플랜 (16, 21, 트장착자의응력크기는학자간에차이가있고 22, 26, 27, 28) 교합력의차이는나타내며변위와응력의경향에는영향을미치지않는다는보고 (49) 에따라임 526

플랜트 overdenture의전치부최대교합력과저작시의교합력사이의값70n을기능하중으로정하였 (10, 28) 다. 연구에의하면최대교합력의양은교합력의각도에달려있고, 최대교합력발생방향은교합평며에수직이아니며따라서수직방향만따지는것은기능범위의일부만따지게되는것이라고하였다. (2) 또한 bruxism, 교합이상, 구치부하중에의한 bar를중심으로한회전등으로발생하는수평력이골흡수를야기한다는연구도있어 (12) 경사하중의영향을알아보기위하여같은양을원심에서근심으로가하였다. (15) 주교합력의적용방향은수지이라는보고도있지만최근의 Koolstra (2) 의연구에의하면교합력은수평력 : 수직력의비율이 1 : 3.5 : 7이고, 전치부에서는후방에서전방으로 35 기울어진경사력교합력의대부분을차지한다고하였다. 위와같은사실에근거하면경사방향과수직방향하중을다른조건으로부여하여야하지만수직하중과경사하중의단순비교라는측면에서양을동일하게하고각도는 2차원특성상임으로설정하였다. 모델은대칭으로설계하였는데이는전치부에서의양측성최대교합력이편측성교합력과거의같고 (2) 하중이보철물에작용될때양측성, 편측성적용결과를비교하여편측에작용하는하중이반대측엔영향을주지못한다는보고에근거한것이다. (42) 하중을가하였을때악골높이와임플랜트길이가작아질수록변위량이증가한것은하악의더큰굽힘. 변형의결과이다. 수직력에서경사력보다변위가크게나타난이유는같은양의힘이가해졌지만경사력은작아졌기때문이라고생각된다. 중절치부위의하중시견치부하중시보다변위가큰것은 leverarm 의길이와관련있는생역학적관점에서해석해야한다. (39, 46) 하중위치변화에따라경부임플랜트의수평변위방향이근심하방변위에서원심하방변위로바뀐것은상부 overdenture굽힘에의해발생된수평력때문이며 bar type이 stud type에비해변위량이작은것은 bar의고정효과때문이다. Bicortication 으로식립한경우에서그렇지않은경우보다수직변위가즐어들었는데임플랜트가하악의변형을방지하는역할을하기때문이라생각된다. 하중이가해졌을때악골에발생된응력은대부분치밀골에집중하게된다. 따라서치밀골부위에대한 응력의집중을피히고화부로의응력분산을유도하는방향으로연구가많이시행되고있다. 본실험에서발생된응력은치밀골, 해면골모두 bar type 보다 stud type 에서컸다. 이는하악의굽힘에의한변위량의결과와도일치하는것으로상부보철물에서의 bar 고정효과가없기때문으로생각된다. 하지만기저부에서는언제나 bar type 과 stud type 의응력집중양상이다름을보여주었고하악의회전성변형 (rotational deformation) 과상부구조가연결되어있는임플랜트보철물이상호복합적으로영향을끼친다는사실을설명하고있다 (3). 이는김 (42) 등이연구한상부가 bar 로연결된임플랜트개수가늘어날수록측면및경부응력이감소하고기저부응력이증가했다는결과와일치한다. 경사력이수직력보다더큰응력을일으킨다는보고 (7, 9, 36) 와는달리, 수직력에서더큰응력이발생한것은역시고정점을하방에잡지않고하악의굽힘을허용하는설계를했기때문이다. Meijer (5) 는 3 차원하악각, 과두부위고정점설계에서경사력에서더큰응력을보고하였지만이는 Koolstra (2) 의연구에바탕을둔하중차이가원인아라고생각된다. 따라서많은학자들이 cylinder 형임플랜트에서하중시 punching stress 를나타낸다는연구 (19) 나수직력에서 3 가지형태의임플랜트를비교하여수직력이근단 1/3 에집중되었다는연구결과 (36) 는고정점을하방으로한결과이기때문에신중히검토되어야할것으로생각된다. Bicortication 으로식립된두가지모델중하연치밀골을관통한경우에하연부치밀골응력이더집중된다는결과는김 (42) 등의연구와일치하여 bicortication 시하악골이관통되었을경우예후가불량해질것을예상할수있다. Bicortication 시임플랜트내부응력이하방변위하는양상을보이며같은악골높이의임플랜트기저부가해면골에위치한모델보다상연치밀골에서의응력이낮아져응력의분산효과를보였고, 해면골에서도적은응력이발행되었지만아골밀도차에의해, 임플랜트기저부가해면골에위치한모델보다하연치밀골에더큰응력이발생했다. Bicortication 으로식립하였더라도같은임플랜트길이의, 하악골높이가 2 mm증가된해면골위치모델보다모든경우에서큰응력이발생하였는데이는 bicortication 보다악골높이가더큰영향요소로작용함을말한다. 이결 527

과는 Meijer (15) 가발생응력값은하악굽힘에있기때문에임플랜트길이는큰영향을못미친다는보고와일치한다. 김 (42) 등은임플랜트길이가짧을수록경부에서응력이증가하나기저부에서는감소한다고하였는데저자의실험결과에서는길이가짧아질때기저부응력은증가한는것으로나타났다. 이는저자의모델에선임플랜트기저부가치밀골내에매식되고, 임플랜트길이는물론하악골높이도감소됨에따른차이라고생각된다. 또한김 (42) 등은하악골높이가감소되더라도의미있는응력변화가관찰되지않으므로악골의양보다악골의밀도가중요한요소라고하였지만이는상부구조가서로단단히수개의 bar로연결되어있는모델이기때문에일어난결과라여겨진다. 악골, 길이차에의한군 (group) 간의응력이급속한증가는없었으며최대응력집중부는 bar type에서 bar-abutment결합부였고 stud type에서는 fixture abutment 결합부근처였다. (13) 발생된응력을 microstrain치로비교하면모든골은생리적한계내에서벗어나있었고과부하상태에있었다. 치밀골, 해면골모두에서 stud type보다 bar type에서더작은악골높이, 임플랜트길이까지과부하상태에이르지않았으며하여치밀골이관통된경우해면골의 microstrain치는해면골기저부위치모델보다매우낮았다. 하지만위의모든응력분석시에사용한유한요소분석법에서는 transversely isotropic, orthotropic 한성질의하악 (39) 을등방성, 선형으로가정하고단순시켰고임플랜트식립후하악공사이에골소주 (trabecular bone) 가형성되며 (20, 39) 이골소주의 Young s modulus는해면골보다훨씬큰 4600 Mpa로짧은임플랜트로도해면골내에서하중을충분히견딜수있을것이라는보고 (20) 가있었으므로실제와는응력량에서차이를보일것이다.( 35) 또한하중방향이제한되고의치가발생시키는회전수평력을재현하지못하며고정점을수정해야하는 2차원분석에서의한계도결과에영향을미쳤을것이다. 따라서 3차원유한요소분석, 임상실험을통한계속적연구가 bicortication의응력분산효과의보다근접한결과를제시해줄것이다. Ⅴ. 결론 Cylinder 형임플랜트 overdenture 에서 bicortication 으로임플랜트식립할경우의하중응력분산효과를연구하기위해, 같은악골높이에임플랜트길이을달리하거나같은임플랜트길이에악골높이를달리한 4 군, 26 개의모델을설계한후유한요소법으로 vonmises 응력값을얻어다음과같은결론을얻었다. 1. 응력의집중은임플랜트길이보다하악악골높이에좌우되었다. 2. 같은악골높이에서 bicortication 에의해임플랜트경부치밀골과해면골과해면골의응력분산효과가있었다. 3. 하악하연천공시하연부치밀골에현저한응력의집중현상이일어났다. 4. Overdenture 설계시 stud type 보다 bar type 에서치밀골과해면골에서의응력집중현상이적게일어났다. 5. 임플랜트기저부에서의응력은 stud type 보다 bar type 에서컸다. Reference 1. Meijer, H.J.A, Kuiper, J.H, Starmans, F.J.M : Stress distribution around dental implants : Influence of superstructure, length of implants, and height of mandible. J.Prosthet. Dent. 68 : 96, 1992 2. Koolstra, J.H., VAN Eijden, T.M.G.J., Weijs, W.A., Naeije, M : A three-dimensional mathematical model of the human masticatory system predicting maximum possible bite forces. J. Biomech. 21(7) : 563,1988 3. Korioth, T.W.P., Hannam, A.G. : Deformation of the human mandible during simulated tooth clenching. J. Dent. Res. 73(1) : 56,1994 4. Sennerby, L., Thomsen, P., Ericsson, L.E. : A morphometric and biomechanic comparison of 528

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Explanation of figures Fig. 21. Deflection of the B 1315 model under load, case 1 Fig. 22. Deflection of the 2 1315 model under load, case 1 Fig. 23 Deflection of the B 5 7 model under load, case 1 Fig. 24. Deflection of the S 5 7 model under load, case 1 Fig. 25. Schematic color drawing of model B 1315 according to kinds of material. Fig. 26. Schematic color drawing of model B 1513 according to kinds of material. Fig. 27. Schematic color drawing of model B 1313 according to kinds of material. Fig. 28. Schematic color drawing of model B 1113 according to kinds of material. Fig. 29. Schematic color drawing of model S 1315 according to kinds of material. Fig. 30. Schematic color drawing of model S 1513 according to kinds of material. Fig. 31. Schematic color drawing of model S 1315 according to kinds of material. Fig. 32. Schematic color drawing of model S 1113 according to kinds of material. Fig. 33. Von Mises stress of B 1315 under load, case 1 Fig. 34. Von Mises stress of B 1315 under load, case 3 Fig. 35. Von Mises stress of S 1315 under load, case 1 Fig. 36. Von Mises stress of S 1315 under load, case 3 Fig. 37. Von Mises stress of B 1513 under load, case 1 Fig. 38. Von Mises stress of B 1513 under load, case 3 Fig. 39. Von Mises stress of S 1513 under load, case 1 Fig. 40. Von Mises stress of S 1513 under load, case 3 Fig. 41. Von Mises stress of B 1313 under load, case 1 Fig. 42. Von Mises stress of B 1313 under load, case 3 Fig. 43. Von Mises stress of S 1313 under load, case 1 Fig. 44. Von Mises stress of S 1313 under load, case 3 Fig. 45. Von Mises stress of B 1113 under load, case 1 Fig. 46. Von Mises stress of B 1113 under load, case 3 Fig. 47. Von Mises stress of S 1113 under load, case 1 Fig. 48. Von Mises stress of S 1113 under load, case 3 Fig 49. Von Mises stress of B 7 9 under load, case 1 Fig 50. Von Mises stress of B 7 9 under load, case 3 Fig 51. Von Mises stress of B 7 9 under load, case 1 Fig 52. Von Mises stress of S 7 9 under load, case 3 532

Explanation of figures Fig. 53. Von Mises stress of B 9 7 under load, case 1 Fig. 54. Von Mises stress of B 9 7 under load, case 3 Fig. 55. Von Mises stress of S 9 7 under load, case 1 Fig. 56. Von Mises stress of S 9 7 under load, case 3 Fig. 57. Von Mises stress of B 7 7 under load, case 1 Fig. 58. Von Mises stress of B 7 7 under load, case 3 Fig. 59. Von Mises stress of S 7 7 under load, case 1 Fig. 60. Von Mises stress of S 7 7 under load, case 3 Fig. 61. Von Mises stress of B 5 7 under load, case 1 Fig. 62. Von Mises stress of B 5 7 under load, case 3 Fig. 63. Von Mises stress of S 5 7 under load, case 1 Fig. 64. Von Mises stress of S 5 7 under load, case 3 533

논문사진부도 1 Fig. 21 Fig. 22 Fig. 23 Fig. 24 Fig. 25 Fig. 26 Fig. 27 Fig. 28 Fig. 29 Fig. 30 Fig. 31 Fig. 32 534

논문사진부도 2 Fig. 33 Fig. 34 Fig. 45 Fig. 36 Fig. 37 Fig. 38 Fig. 39 Fig. 40 Fig. 41 Fig. 42 Fig. 43 Fig. 44 535

논문사진부도 3 Fig. 45 Fig. 46 Fig. 47 Fig. 48 Fig. 49 Fig. 50 Fig. 51 Fig. 52 Fig. 53 Fig. 54 Fig. 55 Fig. 56 536

논문사진부도 4 Fig. 57 Fig. 58 Fig. 59 Fig. 60 Fig. 61 Fig. 62 Fig. 63 Fig. 64 537

=Abstract= A STUDY ON THE EFFECT OF STRESS DISTRIBUTION OF MANDIBULAR IMPLANT BICORTICATION UTILIZING FINITE ELEMENT ALALYSIS METHOD Yang-Jin Yi, Jae-Ho Yang, Sun-Hyung Lee, Hun-Young Chung Department of Prosthodontics, College of Dentistry, Seoul National University Dental implantation is a method restoring missing teeth, especially in the case of severely resorbed edentulous patient. But the direct contact between bone and implant surface, induces stress concentration to the bone and eventually becomes a cause. The purpose of this study was to compare the stress distribution patterns between following two cylindrical implant models. One group has implant apex located in the inferior cortical bone and the other in the cancellous bone. Anterior edentulous mandible was modeled with two dimensional 953,878 nodes, 995,918 elements and compared the deflection and stress distribution under the 70 N,4 load cases for 26 models having variant mandibular height and length. The result were as follows; 1. The stress concentration was more affected by the height of the mandible than implant length. 2. Bicortication mitigates the stress of upper cortical and cancellous bone area at the same height of the mandible 3. Perforation of the inferior mandibular cortex significant stress concentration. 4. Stud type porstheses induced less stress concentration to the cortical and cancellous bone than bar type prostheses. 5. Stress of implant apex for stud type was larger than that of bar type. Key words : finite element, implant, stress, bicortication 538