훼이스 마스크의 견인위치에 따른 응력분포에 관한 유한요소법적 연구 document_id A220517035650

훼이스 마스크를 사용하여 상악을 견인하였을 때, 두개안면 복합체의 생역학적 반응을 이해하는 것은 임상적으로 매우 중요하다. 이 연구의 목적은 face mask를 사용하여 상악 제 1 소구치와 제 1 대구치에서 상악을 전방으로 견인하였을 때 두개봉합구조에 발생하는 응력 분포를 분석하는 것이다. 13세 6개월 된 남자 환자의 유한요소분석을 위하여 전산화단층사진 촬영으로 얻은 DICOM 영상정보를 개인용 컴퓨터로 옮긴 후 3차원 영상프로그램인 Mimics를 사용하여 얻은 24개의 물성으로 이루어진 상악모델과, 제1소구치와 제1대구치, RME의 협측부, RME의 설측부의 4가지 구성요소를 각기 Nastran 파일형식인 out으로 저장하고 Patran에서 합체한 두개안면 복합체의 3차원적 유한요소모델을 생성하였다. 생성된 모델은 제1소구치에서 FH 평면의 45도 하방으로, 제 1 대구치에서 FH 평면의 20도 하방으로 500g의 전방견인력을 주었다. 상악 제1소구치에서 45도 하방으로 견인하였을 때 x축에서는 대구치부위의 확장과 소구치부에서의 협착을 보였고 최대변위량은 0.00011mm였다. y축에서는 전반적으로 전방이동을 보였으며 최대 0.00030mm의 변위와 소구치부위의 변형이 컸다. z축에는 소구치부위에서 하방으로 최 0.00036mm 이동했고, 상악복합체가 전하방으로 이동하였다. 제 1 대구치에서의 20도 하방견인 하였을 때, x축에서는 대구치부위의 협착과 lateral nasal wall의 확장을 보이며 최대 변위는 0.001mm였다. y축에서는 전체적인 전방이동을 보이며, 최대변위는 0.004mm였다. z축에서는 소구치와 대구치 중간부위를 중심으로 ANS는 상방으로 pterygoid plate는 하방으로 반시계방향의 회전양상을 보였으며 최대변위는 0.002mm였다. 골격성 III급 부정교합의 양상과 유형은 매우 다양하며 이에 대한 치료방법 및 시기에 대해서도 골격 및 치아의 부조화 상태, 연령, 잔여성장양상에 따라 많은 논란의 대상이 되고 있다. 골격성 III급 부정교합의 양상은 상악골의 열성장, 하악골의 과성장, 그리고 이 두가지 형태의 조합으로 나눌 수 있지만 이중에서도 상악골 열성장에 의한 골격성 III급 부정교합의 비율이 Guyer 등은 34%, Sue 등은 62%라고 보고하였다. 그런 이유로 Mitani 등은 상악 열성장인 골격성III급 부정교합에는 chin cap이 적절한 치료방법이 아니라고 보고하였다. Delaire가 1972년 상악골 전방견인 장치를 재도입하여 상악골이 전방으로 이동될 수 있음을 입증한 이후로 많은 선학들이 상악골 전방견인장치를 장착하면 상악골의 전방이동과 하악골의 후하방으로의 성장회전이 유도되어 골격의 부조화가 개선됨을 보고한 바 있다. 이 때의 부작용으로 상악 구치부의 정출과 상악골과 교합평면의 반시계방향 회전, 하악골의 시계방향 회전, 상악치열의 전방이동과 전치부의 전돌, 하악 전치부의 설측경사등이 나타난다. 이러한 원치 않는 결과들을 피하기 위해 바람직한 견인력의 방향, 견인위치등에 관한 여러 연구들이 시행되었는데 Itoh 등은 치아의 정출과 상악골의 회전경향을 감소시키려면 교합면에 20도 하방으로 견인하는 것이 바람직하다고 하였고 Ngan 등은 30도 전하방견인이 유용하다고 하였다. 또한 Kokich와 Shapiro는 원하지 않는 치아의 이동없이 상악골을 견인하기 위하여 유견치를 유착시켜 성공적으로 치료하였다는 보고를 하였다. Tanne 등은 상악 제 1 대구치에서 교합평면에 평행하게 견인력을 주었을 때의 응력분포에 대해 보고하였으며, Miyasaka 등은 상악견치에서교합평면에 30도 하방으로 견인하는 것이 비상악복합체의 성장을 촉진시키는 가장 적절한 힘이라고 추천하였다. 이전의 유한요서적 연구방법들은 CT나 해부학적 단면상에서 육안으로 치밀골과 망상골, 단지 두개의 물성만을 일률적으로 부여하여 FEA모델을 생성하였으나, 본 연구에서는 CT 이미지상에서의 HU 수치에 따르는 물성을 24가지로 세분화하여 실제 골과 보다 가까운 유한요소모델을 개발하였다. HU 수치는 대상체를 통과한 X ray의 감쇠 정도를 나타내는 수치로써 대상체가 갖는 밀도를 표현하는 단위로 치환되어 사용될 수 있다. 본 연구에서의 FEA모델은 Cattaneo 등의 연구를 근간으로 하여 이루어졌다. 또한 face mask의 견인방향의 설정을 교합평면에 대해 설정했던 기존의 연구와는 달리 이번 연구에서는 FH 평면을 기준으로하여 소구치에서는 45도, 대구치에서는 20도의 각을 설정하였다. 이것은 face mask의 견인방향을 환자에게 장치를 위치시킨 후 가장 하방으로 견인이 가능한 각도로 설정한 것이다. 견인방향의 기준은 환자의 개별적 골격 특성에 따라 달라지는 교합면 보다는 두개저나 자연적 평면에 기준을 하는 것이 합당하리라 사료된다. 상악골의 전방견인을 위한 악정형력을 가할때 견인력의 방향과 작용위치는 상악골체의 변위에 중요한 영향을 미친다. 견인력에 의한 상악골의 변위는 상악골복합체의 저항중심과 밀접한 연관이 있는데, 상악골의 저항중심위치에 대해 Tanabe는 상악골체의 이차원적 모델에 의한 실험을 통하여 수평적으로 전방견인할 때에는 전비극과 비강중심사이에서 견인할 때 회전없이이동하였고, 수직으로 견인할 경우에는 상악 제1 대구치 원심에서 견인할 때 회전 없이 이동하므로 결국 이 두 작용선의 교차점이 상악골체의 저항중심이 될 것이라고 보고하였다. Nakagawa와 Ichigawa는 교합면에서 볼 때 성인 두개골에서는 안와하연과 전비극사이에, 소아 두개골에는 안와하연과 근처에 상악골의 저항중심이 위치한다고 하였고, Miki는 시상면을 기준으로 안와하연, 상악 제 1 소구치 근첨부와 상악 제 1대구치 원심 근첨부를 연결한 중심에 위치한다고 보고하였고, Proffit과 Hirato 등은 상악 제1 소구치와 제 2 소구치의 치근단부 사이에 위치한다고 하였다. 임상연구에서 제 1 대구치에서 상악골 전방견인 시 나타나는 반시계방향의 회전을 최소화하기 위해, Canut와 Dalmases는 측절치, Nakano 등은 견치, Ishii는 제1소구치사이에서 약간 하방으로 견인하는 것이 바람직하다고 하였다. 본 연구에서 제 1 소구치에서 45도 하방으로 견인한 경우와 제 1 대구치에서 20도 하방으로 견인한 경우의 주응력 분포양상을 비교해보면, 제1 소구치에서 견인하였을 때 제 1대구치부위에서 비골하방까지 띠를 형성하며 인장력이 나타나 전하방의 이동을 보이는데 반해 제 1대구치에서의 견인 시에는 pterygoid process와 제 1 대구치부위에서 인장력을 보이며, 반시계방향 회전양상을 보인다. 전후방 변위에서는 소구치에서의 두 경우 모두 전반적으로 전방이동 양상을 보였으며, 측방변위에 있어서 제1소구치에서 견인한 경우 대구치부위의 확장과 소구치 부위의 협착을 보인 반면 제 1 대구치에서의 경우는 대구치부의 협착과 lateral nasal wall의 확장이 나타났는데 그 양은 매우 미미했다. 수직적인 변위를 살펴보면 제1 소구치에서의 견인의 경우, 제 1 소구치부위에서는 하방이동을 보이며 전체적으로 전하방 이동을 보이나, 제 1 대구치에서의 견인에서는 소구치와 대구치 사이를 중심으로 반시계방향의 회전을 보인다. Von mises stress를 보면 제 1 소구치에서의 견인 시 소구치부위에 응력이 집중되어있으며 infrazygomatic arch부위에서 pterygoidplate에 걸쳐 응력이 분포하는데 제 1 대구치에서의 견인 시 대구치부위와 infrazygomatic arch, 비골 하연까지 응력이 크게 나타났다. 이러한 결과들은 Ichigawa와 Nakagawa의 strain gauge 법 분석과 강과 유의 holography법 분석과도 비슷한 결과를 보였다. 이 연구에서는 상악골 복합체 모델의 scale이 상대적으로 크기 때문에 치주인대는 유한요소모델에 포함되지 않았다. HU 수치에 따라 다르게 표현되는 각 부위는 모델의 요소의 크기에 의해 정확도가 제한받게 된다. 이전의 연구와는 달리 이번 연구에서는 세밀한 모델의 제작을 위하여 상악을 포함하는 일정한 부위의 복합체만을 모델에 포함시켰으며, 상악복합체의 상부를 모두 고정시켰다. 인체의 골격의 물성에 있어, 하악의 경우 개인별특성에 따라 큰 차이를 보이게 되며 또한 같은 개인 안에서도 부위에 따라 균일하지 않은 특성으로 인하여 많게는 10GPa까지의 물성의 차이를 나타내게 된다. 응력의 방향에 따라 각기 다른 물성을 나타내기도 하므로 이에 대한 주제로 연구해야 하리라 사료된다. 또한 다수치아가 결손된 경우나 혼합치열기에 치아교환에 의한 부분적인 무치악부위가 있는 경우 상악치아의 근심 치아치조성 이동을 피할 수 없는 것이 사실이다. 따라서 최근 치아교정용으로 많이 사용되는 외과용 miniplate의 사용이 통법의 치료보다 더욱 많은 전방이동효과와 특히 중안면부의 개선효과를 기대할 수 있다고 판단되는 바, 앞으로 외과용 miniplate 를 사용한 face mask치료에 대한 광범위한 임상 및 기초연구도 필요하다고 사료된다. Face mask를 이용한 골격성 III급 부정교합의 치료 시 견인위치에 따라 상악골복합체에 가해지는 응력분포를 알아보기 위하여 상악의 실제구조와 밀도를 물성으로 반영한 진보된 유한요소 모델을 제작한 후, 상악 제 1 소구치에서 FH평면에 45도 하방으로, 제1대구치에서 20도 하방으로 500g의 힘을 적용해 전이와 응력분포를 비교하였다. 상악 제 1 소구치에서 45도 하방으로 견인 시에는 전반적으로 전하방으로의 전이를 보여주며 구치부에서 전치부로 가면서 더욱 하방으로 이동되는 양상을 보였다. 제 1 대구치에서 20도 하방으로 견인 시에는 전체적으로 전방으로의 이동을 보이나 치조골의 이동량이 많았고, 제 1 소구치와 제 1 대구치사이를 중심으로 반시계방향의 회전양상을 보였다. 이상의 결과 제 1 소구치에서 하방으로 45도 견인시가 상악골의 전하방성장과 유사하게 상악골의 전방이동을 이루는데 효과적이라 판단된다.