상악 제1 및 제2소구치의 발치공간 폐쇄기전에 대한 3차원 유한요소 해석의 비교 연구 document_id A220517035029

교정 치료에서 발치공간 폐쇄는 치열을 이루는 모든 치아의 연속적인 이동으로 이루어지므로 그 기전은 복잡하다. 특히 전치부 치축을 적절히 유지하면서 구치부 고정원을 조절하는 과정은 정교함을 요하기 때문에 입체적 분석을 통한 치아이동 양상에 대한 이해가 필요하다. 지금까지의 유한요소 분석은 초기 응력분포를 관찰하여 치아 이동 양상을 예측해 보는데 그쳤지만 이러한 양상만으로 정확한 치아이동 결과를 추정하는 데에는 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 3차원 유한요소 모델을 이용하여 상악 제1소구치 및 제2소구치 발치공간 폐쇄 시 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 스캐닝한 후 사면체 요소의 유한요소 모델을 제작하였다. 0.017 × 0.025 스테인레스 강 호선에 제작된 bull 루프 후방에 10°의 gable bend를 부여하고 한 번에 2 mm씩 12회 활성화시켜 발치공간을 폐쇄시켰다. 그 결과 제1소구치를 발치한 경우 제2소구치 발치에 비해 전치부의 후방 이동량이 많았으며 구치부의 전방 이동량은 더 적게 나타났다. 전치부에서는 제1, 2소구치 발치 모두 비슷한 미약한 정출을 동반하였고 치축의 변화량은 제1소구치 발치에서 더 크게 나타났다. 또한 제2소구치 발치 시 고정원의 협측 이동량이 더 크게 나타났다. 교정 치료에서 발치의 역사는 오래되었고 가장 흔히 발치되는 치아는 소구치였다. 소구치 발치 후의 발치공간 폐쇄는 치열을 이루는 모든 치아의 연속적인 이동으로 이루어지기 때문에 그 기전은 복잡하다. 특히 전치부 치축을 적절히 유지하면서 구치부고정원을 조절하는 과정은 정교함을 요하기 때문에 입체적 분석을 통한 치아이동 양상에 대한 이해가 필요하다. 제1, 2소구치 발치 후 공간폐쇄양상에 대한 기존의 분석은 환자의 밀집 정도, 전치부 치축 각도, 구치부 관계, 골격 패턴 등 다양한 요인을 포함한다. 본 실험에서는 밀집이 없고 전치부가 돌출된 동일한 조건하에서 단지 발치되는 치아만 다르게 한 후 치아이동 양상을 비교하였다. 제1소구치 발치 시 중절치, 측절치, 견치는 5.7mm, 6.1 mm, 6.8 mm 후방 이동하였고 구치부는 1.3mm씩 전방 이동하였다. 제2소구치 발치 시는 전치부의 이동량이 3.2 mm, 3.3 mm, 3.5 mm이었고 구치부는 4.1 mm, 4.2 mm로 Creekmore의 값과 유사하게나타났다. 또한 두 실험 모두에서 10°의 gable bend을 부여하였음에도 불구하고 전치의 후방이동과 구치의 전방이동 시 약간의 정출을 보여주었다. Gablebend의 양에 따른 전치부와 구치부의 이동양상을 보여준 전 등의 연구를 기초로 하여 치아의 정출을 방지하기 위하여 보다 많은 gable bend양이 요구되었다. Gable bend는 견인루프에 적절한 모멘트 힘비율을 부여함으로써 치아의 회전 중심을 조절하여 전치부와 구치부의 정출을 방지하고 교합 평면을 유지한다. 또한 gable bend에 의해 제1소구치 발치 시 구치부 치관은 원심경사를 나타냈으나, 제2소구치 발치 시에는 구치부 치관이 근심경사를 나타내어 후자의 경우 더 많은 gablebend의 양이 요구되었다. 교합면에서 관찰하면 제1소구치를 발치한 경우전치는 후방견인 시 구개중심을 따라 미미한 원심회전을 동반하며 제2소구치와 제1, 2대구치는 6.7°, 5.0°, 11.7°의 근심회전을 나타냈다. 제2대구치의 경우에는 후방으로 와이어가 연결되지 않으므로 힘이 가했을 경우 치아의 원심점이 협측으로 나가면서 근심회전량은 더욱 증가하게 되었다. 제2소구치 발치시 전치는 미미한 원심회전을 보이며 제1소구치는 접촉되는 제1대구치와 연속성을 유지하기 위해 1.3mm 협측으로 이동하면서 2.5°의 원심회전을 보였다. 또한 제1대구치는 0.4 mm 구개측으로 이동하면서 4.3°의 근심회전을 보였다. 이는 발치공간 폐쇄 시치열궁의 연속성을 유지하기 위하여 인접치아의 전후방적인 이동뿐만 아니라 회전이동이 동반되어야함을 보여주고 있다. 따라서 구치의 전방이동을 허용치 않는 절대적 고정원의 경우라 할지라도 구치의 근심회전이 최소한 요구됨을 이 실험에서 알 수 있다. 상악 제1대구치가 근심 회전하는 경우 측모 두부계측방사선사진상의 구치의 근심접촉점은 실제보다 더욱 전방에 위치한 것으로 해석하기 쉬우며, 원심 접촉점은 실제보다 더욱 원심에 위치하는 것으로 해석하기 쉽다. 본 연구결과는 3차원 모델상에서 중첩하여 평가한 것으로 구치의 회전이동을 고려한다면 전후방 구치의 이동량은 측모 두부계측방사선사진의 중첩을 통한 결과보다 더욱 정확하다고 할 수 있다. 제1소구치 발치의 경우 구치 간 폭경이 3.4 mm 감소되었으나 제2소구치 발치의 경우에는 0.8 mm만 감소되어 제2소구치 발치 시 구치 간 폭경이 더 많이 감소된다는 Ong과 Woods8, 김 등의 연구결과와 다르게 나타났다. 유한요소 분석에 있어 치아의 이동은 결국 호선의 형상과 그 궤적을 같이 하게 된다. 즉 소구치 발치를 시행한 경우에 있어 치아 이동이 이루어진 후 제1대구치는 상대적으로 호선의 전방부, 즉 호선의 폭이 좁은 지점에 위치하게 됨으로 서제1대구치간 폭경이 감소하게 된다. 이와 같은 결과가 나타나기 위해서는 호선의 횡방향 강성이 균일하여 교합면에서 관찰 시 호선의 형상에 불연속이 발생하지 않아야 하나 루프가 위치한 부분은 루프가없는 부분에 비해 호선의 횡방향 강성이 매우 작다. 루프에 횡방향의 하중이 작용하게 되면 루프가 없는 호선의 궁형과는 달리 루프 부분에서 궁형의 불연속이 발생하여 루프의 전후방에 위치한 치아는 일반적인 호선의 궤적을 따라 이동하지 못하는 현상이 발생한다. 제1소구치 발치의 경우 제1대구치는 전후방의 치아에 부착된 브라켓에 의해 호선의 궁형을 유지할 수 있으므로 호선의 궁형을 따라 이동할 수 있다. 그러나 제2소구치 발치의 경우 제1대구치의 전방에는 루프가 위치하기 때문에 제1대구치가 전방으로 이동 시 루프의 횡방향 강성에 직접적인 영향을 받는다. 즉, 제1대구치가 전방으로 이동하면서 폭경이 따라서 감소하기 위해서는 호선의 궁형을 그대로 유지시켜야 하는데, 루프 부분은 다른 부분에 비해 호선의 횡방향 강성이 현저히 감소하므로, 제1대구치와 치조골 간의 저항을 효과적으로 극복하지 못하고 루프에서 횡방향의 불연속이 발생하여 결과적으로 제1대구치의 폭경 감소가 작게 발생한 것으로 보인다. 따라서 다음 실험에서는 이러한 문제점을 극복할 수 있도록 루프 대신 슬라이딩기전으로 발치공간폐쇄기전을 관찰하는 것이 필요하다. 제1소구치 발치공간 폐쇄 시 견치의 이동양상을 유한요소로 분석한 Kojima 등의 실험에서 견치는 4.5 mm후방이동하고 3.4°의 경사이동을 나타내었고 본 실험에서는 6.8 mm후방이동과 8.4°의 경사이동을 보였다. 이는 전자의 경우 마찰력을 고려하였고 이에 따른 이동량의 감소로 본 실험에서보다 견치의치체 이동을 보여주었다. 지금까지 연구되어 왔던 유한요소 분석은 초기 응력분포를 관찰하여 치아이동 양상을 예측해 보는데 그쳤지만 이러한 양상만으로 정확한 치아이동 결과를 추정하는 데에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 bull 루프를 이용하여 2 mm씩 활성화시켰고 이러한 방법은 cinch back 또는 tie back과 같이 실제 임상과 유사하므로 연속되는 치아이동 과정을 총체적인단계로 고찰 할 수 있었다. 치조골과 치주 인대의 물성치를 이용한 실험은 발치 공간폐쇄 시 많은 단계가 필요하므로 본 연구에서는 치조골과 치주막 인대의 물성치 대신 calorific machine을 이용하여 연화된 파라핀 왁스의 물성치를 구하여 사용했다. 하지만본 연구는 유한요소 분석의 요인 중 시간, 저작압, 나이, 성별 또는 골밀도와 같은 사항이 고려되지 못하였으므로 다음 연구에서는 실제 임상결과를 더욱 정확하게 예측 할 수 있도록 시간 및 저작압을 고려한 실험이 필요 할 것으로 생각된다. 본 연구에서는 제1소구치 및 제2소구치를 발치한 상악 유한요소 모델에서 Bull 루프를 이용하여 단계별로 폐쇄되는 발치공간의 변화 양상을 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 제1소구치 발치 시 단계별 공간폐쇄는 구치부의 전방이동보다 전치부의 후방이동에 의해 이루어졌으며, 전치부는 미약한 정출을 동반한 원심 경사이동 양상을 보였고 구치부도 적은 양의 원심 경사이동 양상을 보였다. 제2소구치 발치 시 단계별 공간폐쇄는 제1소구치발치 시에 비해 전치부의 후방 이동량이적었으며 구치부의 전방 이동량은 더 크게 나타났다. 또한 전치부에서는 미약한 정출을 동반한 원심 경사이동 양상을 보였고 구치부에서는 근심 경사이동 양상을 보였다. 제2소구치 발치 시 고정원의 협측 이동량이 더 크게 나타났다.