Self-drilling 방식의 마이크로임플란트 식립에 의해 …...Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod 마이크로임플란트의 피질골 스트레인의 유한요소해석

ORIGINAL ARTICLE

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a박사과정, b부교수, c교수, 경북 학교 치의학 문 학원 교정학교실.

교신 자: 유원재.

구시 구 삼덕동 2가 188-1 경북 학교 치의학 문 학원 교정학교실.

053-420-4991; e-mail, [email protected].

원고 수일: 2009년 1월 29일 / 원고최종수정일: 2009년 7월 1일 /

원고채택일: 2009년 7월 4일.

DOI:10.4041/kjod.2009.39.4.203

Self-drilling 방식의 마이크로임 란트 식립에 의해 발생하는

피질골 스트 인의 유한요소해석

박진서aㆍ유원재

bㆍ경희문

cㆍ권오원

c

골 도가 높고 두꺼운 피질골에 마이크로임 란트를 self-drilling 방식으로 식립하는 경우 과도한 수 의 골부하

(bone loading)가 발생할 험이 있으며 이는 인 골의 정상 인 골개형(bone remodeling)에 장애를 래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 유한요소해석으로 두께 1.0 mm의 피질골에 Absoanchor SH1312-7 마이크로임 란트((주)덴토스, 구, 한민국)가 self-drilling 방식으로 식립되는 과정(10회 , 식립깊이 5 mm)을 모사(simulation)하 으며 식립

단계별로 피질골에 발생되는 스트 인을 조사하 다. 식립 마이크로임 란트 첨부의 삭연(cutting flute)에 의한 골삭제로 생기는 나사길(threaded groove)의 치수를 얻기 하여 가토 경골에 마이크로임 란트를 식립/제거한 후 Micro CT (Explore Locus RS, GE Healthcare, Ontario, Canada)를 이용하여 기하형상을 측정하 으며 이를 치 골

의 유한요소모델에 반 하 다. 해석결과, 치 골에 발생되는 스트 인은 임 란트 식립깊이에 따라 증가하 고, 기단계에서 나사산에 인 한 골에 국한되던 과부하 부 (스트 인이 4,000μ-strain을 상회하는 역)가 식립깊이 증가에 따라 인 골 체, 즉 나사산 인 부는 물론 골(valley) 부 에 하는 모든 역으로 확장되었다. 본 연구를 통해, self-drilling 방식으로 마이크로임 란트를 식립할 때 치 골에 발생하는 스트 인 크기는 생리 인 골개형을

해할 수 있는 수 임을 확인할 수 있었다. ( 치교정지 2009;39(4):203-212)

주요 단어: 교정용 마이크로임 란트, Self-drilling 식립, 식립 스트 인, 3D 유한요소법

서론

마이크로임 란트 시술의 성패와 련하여 가장

요한 요소는 인 골일 것이다. 마이크로임 란트

를 통해 골성고정(skeletal anchorage)을 얻기 해서

는 건강한 인 골에 의한 임 란트의 지지가 필수

이기 때문이다. 골성고정을 교정치료기간 동안

유지하기 해서는 인 골의 생리 골개형(physio-

logical bone remodeling)이 지속되어야 한다. 어떤 이

유로 골개형이 장애를 받아 인 골의 비가역 인

소실이 생기면 골/임 란트 면에서 골량 골

도 감소에 따른 임 란트 이완이 생길 것이며 개

선조치가 없다면 궁극 으로 마이크로임 란트에

한 골성고정 상실로 이어지게 될 것이다.

인 골 골개형을 해하는 직 요인은 크게

염증과 골의 과부하로 구분될 수 있다.1-3

두 요인

, 과부하 문제는 시술부의 골조건, 임 란트 사이

즈와 디자인, 식립 방법, 교정력 등이 복잡하게 연

계된 산물이다. 골 생리 이론(bone physiology theory)

에서는 골 스트 인의 정도를 과부하의 척도로 하

고 있는데, 치 골의 경우 생리 허용치는 약

4,0004-7

- 7,0008μ-strain 수 으로 보고되고 있다.

이 값을 넘는 상태가 지속되면 골개형 장애, 골괴사

나 미세균열 등의 병리 인 골변화와 함께 골량 감

소가 래되므로, 식립 당시 충분한 기고정을 확

보한 마이크로임 란트가 특별한 염증소견 없이 몇

주 후에 안정성을 잃고 동요도를 보이는 경우 과부

하 문제를 의심해 볼 수 있다.

인 골 스트 인은 식립 후 교정력 부하에 의해

서, 한 임 란트 식립 자체에 의해서 생길 수 있

다. 자의 경우는 유한요소해석을 통해 다양한 임

박진서, 유원재, 경희문, 권오원 대치교정지 39권 4호, 2009년

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Fig 1. Geometry of microimplant, cortical bone specimen and the axis system together with important dimensions:A, geometry (unit: mm); B, initial mesh of the cortical bone constructed with 48,921 tetrahedral elements.

란트9,10

와 골조건11,12

에 해 범 한 분석이 이

루어져 왔다. 반면 후자에 의해 생기는 골 스트 인

은 그 크기를 직 으로 측정하거나 분석할 수 있

는 수단이 사실상 없었고 재까지 식립 토오크 측

정을 통해 간 , 경험 으로 평가/ 리되어 왔

다.13 그러나 임 란트의 안정성과 련, 식립 시의

골부하에 한 요성은 인식되고 있다. 식립 토오

크에 한 임상 지침14으로 식립에 의한 골 과부

하를 방지하기 한 노력이 있었으며, 최근 Nam 등15

은 유한요소해석을 통하여 교정력보다 마이크로임

란트 식립 자체에 의한 골부하가 더 크며, 식립

시 치 골에 생리 범 를 크게 넘어서는 스트

인이 발생할 수 있음을 보고하 다.

마이크로임 란트 식립이 일으키는 인 골 과부

하의 정도는 임 란트의 형상과 식립방식과 계가

커 보인다. 교정용 마이크로임 란트는 외경(major

diameter)이 1.2 - 2 mm 내외로 표 형 보철용 임

란트의 1/2 - 1/3에 불과하지만 표면에 가공된 나사

산의 크기는 비슷하거나 약간 작은 수 이다. 즉 상

으로 마이크로임 란트는 몸체 비 나사부 사

이즈가 큰 형상 특징을 갖는데, 이 디자인은 임

란트의 표면 을 증가시키므로 기고정과 임 란

트/골 면 을 키우는 데 도움이 되지만 나사산

이 인 골을 과도하게 압박할 험이 있다. 특히 근

래에 통용되고 있는 self-drilling 방식 식립 시에는

드릴링에 의한 골삭제 과정이 없으므로, 임 란트

첨부 삭연(cutting flute)에 의한 골삭제의 정도가

충분치 못하다면 인 골에 과도한 압박이 가해질

가능성이 클 것이다.

마이크로임 란트 식립에 의해 생기는 골부하에

한 연구는 아직 미미하며 self-drilling 방식 마이크

로임 란트 식립 시의 인 골 부하수 에 해서

구체 으로 연구된 사례가 없는 것으로 보인다. 이

에 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 방법을 사용

하여 마이크로임 란트가 self-drilling 방식으로 치

골에 식립되는 과정을 모사(simulation)하 으며

이를 통해 식립 시 생리 범 를 벗어나는 스트

인의 발생 여부에 해 조사하 다.

연구방법

기하 모델(geometric model)

Fig 1A에 마이크로임 란트와 치 골의 기하학

형상을 나타내었다. 마이크로임 란트는 Abso-

anchor SH1312-7 모델((주)덴토스, 구, 한민국)

인데, 매식부 길이는 약 7 mm이고 경부 직경 1.3

mm, 첨부 직경 1.2 mm로 약한 테이퍼를 가진다. 매

식부에는 0.25 mm 높이를 갖는 정삼각형 단면의 단

일 나사산이 0.5 mm 피치로 가공되어 있고 몸체 첨

부 1.5 mm에는 식립 시 골삭제를 한 삭연

(cutting edge)이 있다.

연조직 해면골은 해석모델에서 제외하 고 마

이크로임 란트는 치 골에 수직으로 식립되는 조

건을 상정하 다. 치 골 은 두께 1.0 mm, 직경

2.6 mm의 크기를 가지며 앙에는 삭연에 의해

Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod 마이크로임플란트의 피질골 스트레인의 유한요소해석

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Fig 2. Cortical bone: A, 3D image reconstructed from micro CT data; B, A-A' aspect shown in A with detailed di-mensions of thread groove. 0.3 mm chamfer was placed at the entrance of the implant bed to avoid numerical in-stability during FE analysis.

골삭제가 이루어진 나사길(threaded groove)이 포함

되어 있다 (Fig 1B).

골시편에 미리 나사길을 부여하는 방법을 택한

것은 마이크로임 란트 식립 기단계의 삭연에

의한 피질골 삭제과정은 유한요소해석 모사가 어렵

기 때문이었다. 그러나 이 단계에서 생기는 스트

인 락을 피하기 해 동물실험을 이용, 삭연이

치 골을 통한 직후 마이크로임 란트를 제거하

고 spring back이 이루어진 나사길 치수를 측정하여

이를 시편에 반 하 다. 제거 직 의 마이크로임

란트가 골에 가하고 있던 압박 스트 인과 spring

back은 등가이므로, 그 양이 반 된 나사길에 임

란트를 재진입, 제거 직 의 치로 환원시키는 과

정을 해석하면 스트 인이 계산될 수 있다.

동물실험은 가토를 이용하 다. 통법에 따른 가토

의 마취, 수술부 제모 개 후 좌우 경골에 동일

종류의 임 란트를 각각 2개씩 임 란트 엔진

(Elcomed SA 200C, W&H, Austria)을 이용하여 15

rpm의 회 속도로 1명의 교정의가 식립하 으며, 1

시간 후 임 란트를 제거하고 가토를 희생시켜 경

골을 채취하 다. 경골 시편을 Micro CT system

(Explore Locus RS, GE Healthcare, Ontario, Canada)

을 이용하여 8μm의 해상도로 촬 하 다. 이를 3D

Doctor 로그램(Able Software, Lexington, MA, USA)을

이용하여 3차원 이미지로 재구성하 으며(Fig 2A)

이로부터 나사길의 골지름과 바깥지름을 측정하

다. 4개의 마이크로임 란트 식립부 2개는 3차원

구성에 실패하여 나머지 2개에서 측정한 치수(골지

름 0.66, 0.73 mm, 바깥지름 1.12, 1.1 mm)를 평균하

여 사용하 으며 이를 Fig 2B에 단면도로 나타내었

다.

Fig 2B에 나타낸 바와 같이 나사길과 치 골 표

면이 만나는 부 에는 0.3 mm 크기로 모따기(cham-

fer)를 하여 식립 시 이 부 에서 발생하는 과도한

뒤틀림과 그로 인한 해석의 불안정(numerical in-

stability)을 방지하 다. 나사길에 마이크로임

란트가 재진입하는 과정에 한 해석 시, 삭연에

의해 나사길 인 골이 다시 삭제되는 것을 방지하

기 해서, 한 삭연의 날카로운 선각이 나사길

의 골면과 만날 때 생길 수 있는 해석의 불안정을

방지하기 해서 마이크로임 란트 첨부(apex)의

삭연을 메워 선각을 제거하 다.

유한요소모델(FE modelling)

유한요소 mesh 구성과 해석에는 PC용으로 출시

된 DEFORMTM 3D (ver 5, SFTC, Columbus, OH,

USA)가 사용되었다. CAD 로그램인 pro/Engineer

Wildfire (ver 2.0, Needham, MA, USA)를 이용하여

구성한 임 란트와 치 골의 모델을 STL 형식으로

환하여 사용하 다.

마이크로임 란트는 강체(rigid)로 가정하 으므

로 mesh를 구성할 필요가 없었다. 강소성체(rigid-

plastic)로 가정한 치 골은 48,921개의 사면체 요소

(tetrahedron element)를 사용하여 기 mesh를 구성

하 다. 임 란트 인 부에는 fine mesh를 사용하

고 외곽부에는 coarse mesh를 사용하 는데 최소요

소와 최 요소 간의 크기 차이는 5배 정도 다. 한

편, 기 mesh는 그 로 유지되지 않고 해석 진행에

따라 그 패턴과 구성요소의 수 변화가 이루어진


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Fig 3. Material property of cortical bone used in thepresent study (cf. Table 1).

Material Young modulus (GPa) Poisson ratio Yield stress (MPa)Remarks

(present study)

Titanium 102.2 0.35 - Rigid

Cortical bone 13.7 0.3 60 - 135 Rigid plastic

Table 1. Mechanical properties (bone and implant materials)

다. 즉, 마이크로임 란트 식립과 더불어 나사산이

치 골의 나사길 내로 진입되며 인 골 변형이 일

정수 이상 일어나면 mesh가 재구성(remesh)되며

변화된다.

임 란트 식립 체 과정을 모두 3,600단계(step)

로 구성하 다. 각 step에서 임 란트는 1도씩 회

함과 동시에 0.0014 mm씩 하방 진한다. 결과 으

로 매 360 step마다 1회 하는 동시에 한 피치인 0.5

mm씩 식립된다. 과정에서 임 란트 표면과 인

골 간의 마찰계수는 임 란트 나사부와 골(valley)

부에서 모두 0.5로 일정한 것으로 가정하 다.

변 경계조건으로 치 골의 둘 를 이루는 면, 즉

인 치 골과 경계를 이루는 면에 완 고정(clamp)

조건을 용하여 모든 방향의 변 와 회 을 고정

하 다.

물성 모델(material properties)

에 언 된 바와 같이 마이크로임 란트는 강체

로, 치 골은 강소성체로 가정하 으며, 이는 식립

시 마이크로임 란트 자체의 변형은 무시할 수 있

고, 골의 탄성변형은 이를 과하는 역의 변형에

비해 무시할 정도로 작다는 가정이며 신뢰성의 과

도한 하 없이 해석시간(CPU time)을 감하기

한 목 이었다. 치 골을 강소성체(rigid-plastic)로

가정하면 해석의 각 단계에서 골의 spring back을 허

용치 않으므로 해석의 수렴(convergence)성을 향상

시킬 수 있다. Table 1에는 선학연구15를 참조하여

본 연구에 용한 골과 티타늄 재질의 물성치이다.

Fig 3은 본 연구에서 가정한 골의 소성 물성에 한

그래 이다. 연조직은 하 분담을 무시할 수 있으

므로 해면골과 함께 해석 반에 걸쳐 모델링에서

제외하 다.

연구성

임 란트 길이 약 5 mm가 치 골을 통과하는 모

두 3,600 step의 식립모사해석을 연속 수행하 다.

나사길이 이미 가공된 치 골에 임 란트가 식립되

는 것을 모델링하 으므로, 기 2회 약 720 step

까지는 스트 인 발생이 없거나 미미하 고 그 이

후부터 임 란트와 골이 본격 으로 하면서 유

의할 수 의 스트 인이 발생하 으며, 한 임

란트가 식립되면서 나사산이 피질골에 가공된 나사

길 내에 진입됨에 따라 remesh가 일어났다. 체

3,600 step 계산 모두 25번의 remesh가 이루어졌

는데, 14회가 기 1,440 step 과정에서, 나머지 11회

는 그 이후에 일어나며 비교 규칙 으로 remesh

가 이루어졌다.

Fig 4에 마이크로임 란트가 식립되며 발생하는

스트 인을 체 식립 과정을 표하는 9단계에서

산출된 결과로 나타내었다. Fig 4의 스트 인은 임

란트 직경 방향의 압축 스트 인으로, 삭연의

골삭제로 생긴 나사길보다 사이즈가 큰, 마이크로

임 란트의 윗부분이 진입되면서 골을 압박하여 생

긴다.

Fig 4는 골의 과부하 부 , 즉 치 골의 생리

개형에 한 허용수 으로 보고된 4,000μ-strain5,6,16,17

(0.4% strain)을 상한값으로 설정하고 이를 상회하는

스트 인 역을 모두 빨강색으로 plot한 것이다.

그림에서 보는 바와 같이, 기 3, 4회 까지는 나


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Fig 4. Strain (radial strain) distribution in the cortical bone at 9 separate stages of implant insertion (cut off strain: 4,000μ-strain). A, Step 720 (2 turns); B, step 1,080 (3 turns); C, step 1,440 (4 turns); D, step 1,800 (5 turns); E, step 2,160 (6 turns); F, step 2,520 (7 turns); G, step 2,880 (8 turns), H, step 3,240 (9 turns); I, step 3,600 (10 turns).

사부 인 골에 국한되던 과부하 부 가 임 란트

식립깊이가 커지며 나사산은 물론 골(valley) 부 의

모든 역에서 생리 허용수 을 상회하는 스트

인이 발생하는 것을 찰할 수 있다.

Fig 5A, B는 각각 인 골에 설정한 7개의 스트

인 찰 (reference point, 찰 은 기 mesh 상에

서 임 란트 표면으로부터 약 0.02 - 0.03 mm 떨어

진 )과 산출된 스트 인을 식립 시의 회 수에

따라 나타낸 것이다. Fig 5B에서 각 찰 의 스트

인 변화는 연속 이지 않고 수차례 극값(peak)을

갖는 부 가 생기는데 이것은 mesh의 과다 변형

(distortion) 때문에 발생하는 오류(artifact)이다. Re-

mesh에 의해 국소부의 과다 변형이 해소되면 스트

인 산출값이 다시 안정화되는 것이 찰된다.

그림에서 보듯이 인 골의 스트 인 수치는 4,000

μ-strain을 훨씬 과하여 체로 20 - 30배에 이르

는 수 이다. 치에 따라 편차를 보이지만 임 란

트 식립 깊이(회 수)에 따라 스트 인이 증가하는

것이 찰되는데 나사산에 인 한 Pt #1, #3, #5, #7

과 골(valley) 부에 인 한 Pt #2, #4, #6에서 스트


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Fig 5. Development of strain (radial strain) with the course of microimplant insertion, monitored at 7 refer-ence points. A, Location of the reference points within section A-A' (see Fig 2); B, comparison of the strains at each of 7 reference points.

인 수 이 유사한 것이 찰된다.

Fig 6은 인 골 스트 인의 분포 수 을 더 명확

히 악하기 하여 상한값(cut-off)을 40,000μ-

strain으로 설정하여 다시 plot한 것이다. 치 골의

스트 인은 나사산 첨부와 나사의 골(valley) 부 에

서 유사한 분포지만 나사산 상부면과 하부면에서는

확연히 다른 분포를 보인다. 이것은 해석 시 임 란

트 식립조건으로 회 과 더불어 아랫방향의 등속이

동조건을 강제한 결과로 보인다.

고찰

근래 국내에서 출시되는 부분의 마이크로임

란트는 self-drilling형으로, self-tapping형 임 란트와

의 차이는 첨부에 골을 삭제하여 나사길을 만들 수

있는 삭연이 가공되어 있다는 이다. Self-drilling

형 마이크로임 란트는 self-drilling 방식이나 self-

tapping 방식으로 모두 식립될 수 있지만 자는 후

자에 비해 몇 가지 장 이 있다. 우선, 식립 수술 시

드릴링을 하지 않으므로 식립 소요시간이 단축되

고, 드릴링 과정에서 부수 으로 발생할 수 있는 골

의 열손상 문제나 드릴 험을 원천 으로 없

앨 수 있다. 생역학 측면에서 부각될 수 있는 장

은, 식립과정 에 인 골을 압축(condensation)함

으로써 임 란트/골 률을 향상시키며 더 나은

임 란트의 기안정성을 얻게 한다는 인데, 이

특징은 성인보다는 청소년기 환자에서, 하악보다는

상악골 같이 상 으로 피질골이 얇고 도가 낮

은 경우에 유리하게 작용할 수 있다. 이 같은 배경

하에, self-drilling 방식 식립으로 고정원의 안정성과

시술성공률을 개선할 수 있음이 실험연구18나 동물

실험19,20 임상연구21를 통해 입증됨에 따라 임상

에서도 용 빈도가 증가되고 있는 것으로 보인다.

반면, 골조건에 따라 self-drilling 방식이 하지

못할 수 있다는 보고도 있다. 피질골이 두껍고 골

도가 높은 경우로서 하악구치부 측이나 후구치부

상악구개면,22

하악각 부21

등이 표 인 이

다. Park,22 Sowden과 Schmitz23는 동물실험을 통해

높은 도를 가지는 피질골에 self-drilling 방식으로

마이크로임 란트를 식립하면 피질골 표면의 팽창

손이나 임 란트 인 골의 소실이 일어날 수 있

다고 각각 보고하 다. 과도한 피질골 스트 인이

임 란트 안정성에 불리하게 작용할 가능성이 있다

는 에서, 본 연구 결과는 self-drilling 식립 시 골

스트 인이 과도하게 발생하 으므로 의 결과22,23

를 뒷받침한다.

본 연구에 사용된 SH1312-7 마이크로임 란트에

는 약간의 테이퍼가 있어 임 란트 식립 깊이가 증

가할수록 임 란트가 굵어지므로 인 골 스트 인

크기도 증가되었다. 식립 최종단계에서 나사산과

골(valley)에 인 한 부 의 스트 인 수 은 40,000 -

140,000μ-strain으로 이 결과는 나사산 인 부에서

최 값이 약 1,000,000μ-strain 이상 수 으로 계산

된 Nam 등15의 결과에 비교하면 4 - 14%에 불과하

나 생리 허용한도인 4,000μ-strain 보다는 여 히

10배 이상 높은 수 이다. 한편, Fig 4I Fig 6I에

서 보는 바와 같이 마이크로임 란트는 경부의 불

완 나사산 개시부보다 0.5 mm 하방까지만 식립

되었으므로 불완 나사산에 의한 스트 인 발생은

계산결과에 포함되지 않았다. 불완 나사까지 식

립이 이루어졌다면 골 스트 인을 더욱 크게 산출

되었을 것이다.

임 란트 인 골의 스트 인은 나사산이나 골


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Fig 6. Strain (radial strain) distribution in the cortical bone at 9 separate stages of implant insertion (cut off strain: 40,000μ-strain). A, Step 720 (2 turns); B, step 1,080 (3 turns); C, step 1,440 (4 turns); D, step 1,800 (5 turns); E, step 2,160 (6 turns); F, step 2,520 (7 turns); G, step 2,880 (8 turns), H, step 3,240 (9 turns); I, step 3,600 (10 turns).

(valley)에 인 한 골에서 유사한 수 이며 (Fig 5),

이는 self-drilling 방식 식립 시 임 란트/골 계면은

긴 하게 하므로 인 골의 변형을 수용할 수

있는 여분의 공간이 없었기 때문인 것으로 생각된

다. 반면, self-tapping 방식에서는 임 란트 골지름

보다 큰 사이즈로 드릴링하고 식립하므로 임 란트

와 골 사이에 틈(gap)이 존재하여 나사산 주 골의

압박에 따른 변형을 흡수할 수 있으므로 골(valley)

부 인 골은 물론 나사산 주 골의 스트 인 감

소에도 기여할 수 있을 것이다.

Self-drilling 방식으로 식립될 때 인 골 스트 인

은 삭연에 의해 골내에 생긴 나사길과 임 란트

간의 크기 차이에 의해 생긴다. 나사길은 외경이

삭연 사이즈보다 작게 측정되었다. Fig 2B에서 보는

바와 같이 나사길 골지름은 0.7 mm로 삭연 골지

름과 같았으나, 나사산의 지름은 1.1 mm으로 삭

연 외경 1.2 mm에 비해 0.1 mm 작았다. 그 결과 나

사길에 삭연 부 가 통과하는 Fig 4의 (B), (C) 단

계까지는 골(valley)보다 나사산 주 골에 스트 인

이 주로 발생하 으며 그 크기도 상 으로 낮았


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다. 그 이후 임 란트 몸체가 가진 테이퍼 때문에

나사길보다 골지름과 외경이 큰 상부 나사산이 나

사길에 진입하며 골 스트 인과 과부하 역이

격히 커졌다. 마이크로 임 란트의 경부에서 골지

름은 0.8 mm, 외경은 1.3 mm인데, 임 란트 몸체와

나사길 간의 0.1 - 0.2 mm에 불과한 직경 차이가

150,000μ-strain 내외의 스트 인을 발생시켰다.

한편, 나사산 인 골의 수축량 0.1 mm에는 임

란트 제거에 따른 골의 spring back과 함께, 골시편

채취와 micro CT 촬 에 소요된 약 12시간의 경과

시간 나사길 인 골의 비탄성 변형(inelastic

deformation)이 포함되었을 가능성을 배제할 수는

없다. 나사길 치수측정에 소요되는 시간을 최소로

단축한다면, 비탄성변형을 일 수 있을 것이며 이

는 골 스트 인 발생의 감소로 이어질 수 있다. 그

러나 삭연 부 가 나사산을 통과하는 Fig 4의 (B),

(C) 단계까지 발생한 스트 인이 그 후의 발생량에

비해 매우 작은 을 감안하면, 골 비탄성변형에 의

해 생성된 나사길이 수축이 있었다 하더라도 체

스트 인에 한 기여는 크지 않았을 것으로 생각

된다.

나사길의 형상이나 치수는 임 란트 조건이나 수

술 조건에 따라 변할 수 있으며 그 변동에 따라 스

트 인도 민감하게 바뀔 수 있다. 가령, 임 란트

삭연의 골 삭제능이 충분치 못하다면 나사길 부

의 골 삭제량이 작아 본 연구의 결과보다 더 큰

스트 인이 발생할 것이며, 반 로 식립 수술 시 회

축이 섭동(wobbling)하여 삭연에 의해 생기는

나사길이 확 되면 골 스트 인은 작아질 것이다.

골 스트 인은 이러한 다양한 실 인 조건하에서

변화할 수 있고, 특히 수동으로 마이크로임 란트

를 식립할 때는 엔진을 사용할 때보다 기 몇 회

동안의 섭동이 더 클 가능성이 있으므로 나사길이

이상 인 경우보다는 더 커질 수 있을 것이다.

시편수가 작아 추후의 보완연구가 필요하지만 본

연구에 사용한 골모델은 실험 으로 측정한 나사길

의 기하학 인 형상을 토 로 하 기 때문에 계산

된 스트 인 결과는 임상 상황을 반 하고 있는

것으로 생각되며, 본 해석 결과에 의하면 self-drill-

ing 방식으로 식립된 마이크로임 란트에 인 한

치 골은 골개형 장애의 가능성이 있을 것으로 보

인다. 치 골이 얇은 신 해면골에 의한 지지가 있

는 상악골의 경우에는 치 골 부 의 고정이 일정

기간 없더라도 마이크로임 란트의 골성고정을 유

지할 수 있을 것이나 해면골에 의한 지지가 약한 하

악골에서는 치 골 골개형 장애 기간 동안 골성고

정을 소실하므로 임 란트 동요(mobility)가 래될

가능성이 상 으로 높을 것이다. 임 란트/골 계

면에서 50 - 150 micron을 과하는 동요는 다른

골개형 장애 요인이 되므로24-26 임 란트의 안정성

이 더욱 하될 수 있다.

결론

본 연구에서는 3D 유한요소법을 이용하여 마이

크로임 란트(Absoanchor SH1312-7, 덴토스)를 self-

drilling 방식으로 식립할 때 피질골에 발생하는 골

스트 인에 해서 분석하 다. 본 연구의 범 내

에서 다음과 같은 결론을 도출하 다.

1. 마이크로임 란트를 self-drilling 방식으로 식립할

때 인 치 골에 발생되는 스트 인은 임 란

트 식립 깊이에 비례하여 증가하 다.

2. 인 골에서 스트 인의 크기는 나사산과 골(val-

ley) 부 주 에서 유사하 으며 이는 self-drill-

ing 식립 방식에서는 임 란트/골 계면이 긴 하

게 하여 나사길보다 큰 임 란트가 진입될

때 골의 변형을 수용할 수 있는 여분의 공간이

없기 때문일 것으로 추론되었다.

3. 마이크로임 란트와 하고 있는 인 골의 모든

역에서 스트 인의 크기는 40,000μ-strain 이

상으로 산출되었으며, 이는 골 생리 이론에서 제

시하는 허용치의 10배 이상이므로 임 란트/골

계면에서는 골개형의 장애가 상되었다.

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ORIGINAL ARTICLE

212

Finite element analysis of cortical bone strain induced by

self-drilling placement of orthodontic microimplant

Jin-Seo Park, DDS, MSD,a Wonjae Yu, DDS, MS, PhD,

b Hee-Moon Kyung, DDS, MSD, PhD,

c

Oh-Won Kwon, DDS, MSD, PhDc

Objective: The aim of this study was to evaluate the strain induced in the cortical bone surrounding an ortho-dontic microimplant during insertion in a self-drilling manner. Methods: A 3D finite element method was used to simulate the insertion of a microimplant (AbsoAnchor SH1312-7, Dentos Co., Daegu, Korea) into 1 mm thick cort-ical bone. The shape and dimension of thread groove in the center of the cortical bone produced by the cutting flute at the apical of the microimplant was obtained from animal test using rabbit tibias. A total of 3,600 analysis steps was used to calculate the 10 turns and 5 mm advancement of the microimplant. A series of remesh in the cortical bone was allowed to accommodate the change in the geometry accompanied by the implant insertion. Results: Bone strains of well higher than 4,000 microstrain, the reported upper limit for normal bone remodeling, were observed in the peri-implant bone along the whole length of the microimplant. Level of strains in the vicinity of either the screw tip or the valley part were similar. Conclusions: Bone strains from a microimplant insertion in a self-drilling manner might have a negative impact on the physiological remodeling of cortical bone. (Korean J Orthod 2009;39(4):203-212)

Key words: Microimplant, Self drilling placement, Strain during insertion, 3D finite element method

aGraduate Student, bAssociate Professor, cProfessor. Department of Orthodontics, School of Dentistry, Kyungpook National

University.

Corresponding author: Wonjae Yu.

Department of Orthodontics, School of Dentistry, Kyungpook National University, 188-1, Samduk-dong 2-ga, Jung-gu,

Daegu 700-412, Korea.

+82 53 420 4991; e-mail, [email protected].

Received January 29, 2009; Last Revision July 1, 2009; Accepted July 4, 2009.

Documents

Self-drilling 방식의 마이크로임플란트 식립에 의해 …...Vol. 39, No. 4, 2009. Korean J Orthod 마이크로임플란트의 피질골 스트레인의 유한요소해석