인공치아 시스템 구성 성분의 물선 변화에 따른 응력 분포에 대한 연구

Abstract

치아 이식물(임플란트, Implant)의 경우 저작시의 하중이 주위 치밀골이나 망상골에 전달되는 응력 분포는 이식물의 생체역학적 수명에 큰 영향을 미친다. 현재 임상에 적용되고 있는 임플란트는 골보다 강성이 커서 임플란트를 통해 골로 직접 전달되는 하중이 특정 접촉 부위에 응력집중 현상이나 응력방패 현상을 일으키며, 이로 인해 골용해가 발생하고 궁극적으로 임플란트의고정을 느슨하게 하여 수명을 단축시키게 된다. 이 경우 주변 골과 유사한 강성을 가지는 임플란트를 사용하는 것이 이상적이나, 이는 정상 치아와 다른 구조적인 문제로 인해 임플란트의 조기 파손을 야기시키게 된다. 따라서, 저작력이 주변 골로 그대로 전달되지 않게 하기 위해 이식물의 상부 구조물에서 하중을 어느 정도 흡수 및 분산할 수 있는 물성을 가진 Veneering 재료를 사용함으로써 임플란트 주변 골의 응력집중 현상을 줄이고 고르게 분산된 응력 분포를 기대할 수 있다. 이러한 개념에 기초하여 본 연구에서는 인공 치아 시스템에서 4 가지 다른 재료의 Veneering 물질과 3 가지 다른 재료의 지주대(Abument)에 대한 상부 구조물 사이의 물성의 최적 조합을 3차원 유한요소 해석법(FEM, Finite element method)으로 선형 탄성해석을 통해 찾아보고자 한다. 이 경우 Veneering 재료로 인해 발생하는 주변 골의 응력분포뿐만 아니라 Implant, Abutment, Veneering 물질 내에 발생하는 Von-Mises stress도 고려하여 최적 조합을 구하고자 한다. 또한, 이러한 최적 조합에서 Veneering과 Abutment사이에 완충재가 있을 경우 주위 응력분포에 미치는 영향과 적절한 물성에 대해 분석해 보고자 한다. 본 연구에서 적용할 Veneering 재료로는 각각 상이한 물성을 가지고 있는 Gold alloy, Porcelain, Composite resin, Acrylic resin을 사용하며, 지주대로는 Titanium, Gold alloy 및 Zirconia를 사용하였다. 500N의 수직하중, 140N의 수평하중, 수직축으로부터 30° Lingual 방향으로 기울어진 1000N의 경사하중 세 가지 형태의 하중에 대해 치밀골의 두께에 따른 응력분포를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Veneering 재료의 강성에 관계없이 특정 지주대는 골에 유사한 응력상태를 유도하였으며, 수직하중의 경우 Veneering 재료의 강성에 관계없이 Titanium 지주대가 치밀골 및 망상골에 가장 작은 응력을 발생시켰다. 강성이 낮은 Acrylic Resin을 사용할 경우 지주대에 높은 응력을 유발하여 지주대의 파손이나 낮은 강성인 Veneering 자체의 파손이 발생할 수 있다. Veneering 재료의 강도와 골에 발생하는 응력 분포 및 크기의 비교분석을 통해 Composite Resin Veneering과 Titanium 지주대의 조합이 가장 적합한 것으로 판단된다. 완충재를 사용할 경우 강성이 너무 낮은 경우 지주대에 높은 응력을 야기시키며, Veneering과 Abutment 사이의 강성을 가지는 것이 적절한 것으로 판단된다