즉시하중시 상악 전치부에 식립된 임플란트 길이 변화에 따른 응력 분포의 삼차원 유한요소 연구 document_id A220517035775

즉시 하중에 대한 관심과 시도가 증가되고 있지만, 명확한 술식이 정립되어 있지는 않다. 본 연구에서는 상악 전치부 임플란트에서 즉시 하중시에 골과 임플란트에 나타나는 응력분포 양상을 3차원 유한요소법을 이용하여 알아보고자 하였다. 골질이 D3인 상악 전치부의 골모형을 구성하고, 서로 다른 길이의 직경 4.0 ㎜ 나사형 임플란트를 식립한 모형을 제작하였다. 해석 절차의 간소화를 위하여 모든 물성은 등방성, 선형탄성, 균질성으로 가정하였다. 골-임플란트 계면은 접촉 요소법으로 처리하여 골유착이 일어나기 전 상태로 구성하였다. 지대주 장축에 120도의 각도로 지대주의 구개 절단각 중앙부에 176 N의 정하중을 가하고 응력분포를 관찰하였다. von Mises stress를 이용하여 응력을 분석한 결과 모든 모형에서 순측 피질골에 응력이 집중되었으며 피질골과 망상골의 경계부에서 최대 응력값을 나타내었다. 길이에 따른 비교시 8.5 ㎜ 모형에서 가장 큰 최대 응력값을 나타냈으며, 임플란트 길이가 증가될수록 좀 더 양호한 응력 분포를 나타내었다. 상악 전치부 즉시 하중시에 피질골의 존재 유무는 매우 중요하며, 길이가 긴 임플란트를 식립하는 것이 유리하며, 가능하면 13.0 ㎜ 이상의 임플란트를 식립하는 것이 즉시하중을 시행할 때 응력 분산에 유리한 것으로 판단된다. 치의학분야에서 임플란트를 이용한 보철치료가 보편화된 이후 치료기간을 단축시키려는 노력은 계속되어 왔다. 즉시하중을 이용하여 임플란트 보철 수복을 하는 것이 환자와 치과의사에게 많은 장점을 가지기 때문에 이것을 이용한 치료 빈도는 점차 늘어가고 있다. 하지만 이 술식이 현재까지는 명확한 술식이 정립되어 있다기보다는 술자들이 각자의 임상적인 경험에 근거를 두어 시행하고 있다는 것 또한 사실이다. 여러 임상에 관한 결과는 우수한 성공률을 보고하고 있지만, 정확한 정의조차도 정립되어 있지않기 때문에 많은 연구가 필요하다. 식립된 임플란트가 하중을 받는 상태에서 골유착을 이루고 예측할 만한 임플란트 치료 술식으로 받아들어 지기 위해서는 수많은 요소들에 관한 이해가 필요하다. 또한 골유착이 일어나기전까지 발생되는 골과 임플란트 계면간의 생물학적인 반응과 생체역학적인 골 응력 분포 양상, 하중의 크기, 추천 되는 술식, 환자의 선택시 고려사항 등에 관하여 세밀한 분석을 통한 명확한 규명이 필요하다. 임플란트 식립 직후 골과 임플란트 계면에는 기계적인 접촉 외에 다른 결합력이 존재하지 않는다. 이것은 시간이 지남에 따라 손상에 대한 반응으로 골 흡수가 일어나며 동시에 치유기전으로 골재생이 함께 발생하고, 치유과정이 끝난 후 결과적으로 임플란트와 주위골은 골유착을 이루어 생리적인 하중에 저항할 수있게 된다. 골유착이 일어나기 전까지 무리한 하중이 골계면에 발생된다면 결과적으로 골유착을 방해하거나 임플란트의 실패를 야기할 것이다. 하지만 이것은 실험실 연구나 동물 실험에 의해 증명해 내기에는 너무도 다양한 요소들이 관여하고 있다. 그렇기 때문에 본 연구는 삼차원유한요소를 이용하여 즉시 하중시에 나타나는 응력 양상을 확인하고 길이에 따른 응력의 변화를 알아보고자 하였다. 지금까지 골유착된 임플란트에 대한 응력에관한 많은 연구들이 발표되었고, 즉시하중을 이용한 몇몇의 연구들이 있었다. 본 실험은 상악중절치에 단일 치아 임플란트 식립 모형으로 진행되었다. 임상 연구에서 비교적 좋은 성공률을 나타내고 있지만 상악골은 골질이 좋지 못하고 가장 심미적으로 중요한 부위이며 또한 하중의 방향상 수직력 보다는 측방압을 피할 수 없는 부위이기에 이를 실험 모형으로 선택하였다. 모든 유한 요소 실험에서 하중에 대한 응력의 분포를 정확하게 재현하기 위해서는 구속조건을 정확히 설정하는 것이 중요하다. Kao 등과 Sabb 등은 상악 전치부의 즉시 하중을 위한 실험에서 상악의 고정점을 상면과 후면 전체를 고정하였다. 이차원 연구인 경우를 제외하고라도 상악은 양측의 상악골이 연결되어 관골 등과 돌기에 지지를 받고 비강부위는 지지를 받지 않기 때문에 본 실험에서는 골 모형의 양 측단을 고정부위로 설정하였다. 골유착된 임플란트에서 하중이 발생될 때 응력은 골 상층부에 주로 분포되며, 피질골 부위에집중이 되는 것으로 알려져 있다. 본 실험의 결과, 골유착된 임플란트와 동일하게 피질골 부위에 응력이 집중되었으며, 특징적으로 본 연구에서는 순측 피질골에 응력의 집중이 두드러진다는 것을 알 수 있었고, 이것은 골유착된 임플란트와 차이점이라고 할 수 있을 것이다. 그렇기 때문에 즉시하중을 가할 때 피질골의 존재 유무는 매우 중요한 요소라고 생각되며 또한 순측 피질골의 양이 중요한 요소가 될 수 있을 것이라고생각된다. 임플란트의 길이와 직경의 변화에 따른 연구들에 의하면 여러 가지 다양한 결과를 나타내고있다. Tada 등의 연구에 의하면 임플란트 고정체의 길이가 증가하는 것은 골질이 좋은 경우에는 큰 차이를 보이지 않지만 골밀도가 낮을 경우길이 변화에 따른 영향이 있다고 보고하였고, Himmlová 등은 길이와 직경에 따른 골의 응력을 비교했을 때 두 가지 요소 모두 효과를 나타내었지만 직경을 증가시켰을 때 좀 더 큰 효과를나타내었으며, 길이의 증가는 주목할 만한 감소를 보이지는 않았다고 보고하였다. 일반적으로 직경의 증가가 길이의 증가보다 응력의 분산에 있어서 더 유리하다는 것에 동의하지만, 상악 전치부에서는 직경의 증가가 여의치 않고, 골유착된 임플란트에서는 다른 양상이 나타날 수 있을 것이라고 생각되어 길이에 따른 변화를 비교하고자 하였다. 임플란트 고정체의 길이에 대한 응력분포를 평가할 때, Georgiopoulos 등은 상악골 이식술을 시행한 상악 구치부 모형에서 즉시 하중을 가했을 때 길이의 증가에 의해 응력의 분포가 감소되는 것을 보고하였고, Huang 등은 구치부에서 즉시 하중시의 골 응력과 계면활주에 대한 유한요소 연구를 시행하였을 때 임플란트의 길이가 증가되는 것이 경계면간 활주량을 감소시키지는 못했으나 골 응력의 감소를 보고한 바 있다. 본 연구는 임상에서 주로 사용되는 임플란트 길이인 8.5 ㎜, 10.0 ㎜, 11.5 ㎜, 13.0 ㎜, 15.0 ㎜의 임플란트를 이용하였는데, 가장 짧은 임플란트인 8.5 ㎜ 모형에서 피질골에 좀 더 큰 최대 응력이 작용하였고, 길이가 증가됨에 따라 점차로 감소되었다. 또한 망상골에서의 최대 응력값은 피질골보다 미약하였지만 길이 증가에 따라 응력의 분포와 최대 응력값이 감소되는 양상을 보였고, 응력 분포 양상을 확인했을 때에는 13.0 ㎜ 이상의 임플란트에서 좀 더 유리한 분포를 나타내었다. 그렇기 때문에 즉시 하중 임플란트에서는 고정체의 길이가 길어질수록 유리할 것으로 생각되며, 13.0 ㎜ 이상의 임플란트의 식립이 추천된다고 할 수 있을 것이다. 임플란트의 응력분포에 관한 유한요소 해석방법으로는 단순한 최대 응력값의 비교뿐만 아니라 하중시 변위량, 미세 동요도, 계면활주 분석 등의 다양한 연구 방법이 존재한다. 본 연구에서는 von Mises stress를 이용하여 즉시 하중시의 응력분포양상과 최대 응력값, 길이 변화에 따른 영향에 관하여 살펴보았다. 이 연구를 토대로 향후 좀 더 다양한 결과 해석을 통해 즉시하중시나타나는 생역학적 작용에 대한 정립과 기준이 마련되어야 할 것으로 생각된다. 상악 전치부에 즉시하중 임플란트 식립 모형을 이용한 유한요소 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 내렸다. 즉시하중 임플란트에서 하중이 가해졌을 때 치밀골에 응력의 집중이 발생되었으며, 주로 순측 피질골에 많은 응력이 발생되었다. 그리고 임플란트 길이의 증가에 따라 피질골과 망상골 모두에서 응력의 감소 양상을 나타내었으며, 응력 분포에서도 유리한 분산 형태를 보였다. 위의 결과에 의해 즉시 하중을 가하는 상악 전치부 임플란트에서 피질골의 존재, 특히 순측 피질골 양이 매우 중요하며, 임플란트의 길이가 길수록 응력 분산이 양호하여 향후 골유착의 실패를 최소화 할 수 있을 것으로 판단된다.