Biomechanical response of maxillary All-on-4 systems under different lateral occlusal guidance patterns: a three-dimensional finite element study
이 3차원 유한요소 연구는 견치 보호 교합이 다양한 골질에 걸쳐 상악 All-on-4 시스템의 임플란트와 어버트먼트에 가해지는 응력 집중을 최소화한다는 것을 입증하며, 이는 낮은 골밀도에서 프레임워크 변형이 증가함에도 불구하고 그룹 기능 교합 방식보다 우수한 생체역학적 이점을 제공함을 시사한다.
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상악(위턱)의 치아를 모두 잃게 되면, 남은 뼈의 연약함과 입 위쪽에 위치한 커다란 공기 주머니인 상악동 때문에 전체 치아를 재건하는 과정이 종종 복잡해집니다. 이를 해결하기 위해 치과의사들은 흔히 '올온포(All-on-4)'라고 불리는 기술을 사용하는데, 이는 네 개의 금속 기둥을 턱에 나사로 고정하여 새로운 치아 전체 아치를 지탱하게 하는 방식입니다. 이 중 두 개의 기둥은 수직으로 세워지는 반면, 뒤쪽의 두 기기는 상악동을 피하고 이용 가능한 단단한 뼈를 붙잡기 위해 기울여 배치됩니다. 이 금속 기둥들은 자연치아가 가진 완충 작용을 하는 충격 흡수 장치 없이 뼈에 직접 결합되어 있기 때문에, 씹거나 옆으로 갈아내는 모든 힘이 턱으로 직접 전달됩니다. 의사들의 큰 고민은 이 새로운 치아의 씹는 면을 어떻게 설계해야 시간이 흘러도 치아가 부러지거나 기둥이 헐거워지지 않을 것인가 하는 점입니다. 구체적으로, 사람이 턱을 옆으로 움직일 때 송곳니 하나만 닿아야 할까요, 아니면 여러 개의 어금니가 동시에 닿아야 할까요?
구이저우 의과대학교 부속 구강병원의 연구진은 인간 상악의 매우 정밀한 컴퓨터 모델을 구축하여 이 질문에 대한 답을 찾고자 했습니다. 연구진은 먼저 자연치아가 온전하고 측방 운동 시 어금니가 구치부를 보호하는 특정한 교합 방식을 가진 건강한 자원봉사자로부터 시작했습니다. 고해상도 안면 및 구강 스캔을 사용하여, 연구팀은 단단한 외골격, 부드러운 내골격, 그리고 신경을 포함한 자원봉사자의 턱을 디지털 쌍둥이로 구현했습니다. 그 후 디지털 방식으로 자연치아를 제거하고, 이를 네 개의 티타늄 임플란트와 강한 금속 프레임워크 위에 세라믹 크라운이 얹어진 브릿지로 교체하여 올온포 시스템을 배치했습니다.
다양한 씹는 방식이 이 시스템에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해, 연구진은 턱이 옆으로 움직일 때 치아가 닿는 네 가지 뚜렷한 시나리오를 시뮬레이션했습니다. 첫 번째 시나리오는 송곳니만이 접촉하여 나머지 치아를 보호하는 경우였습니다. 나머지 세 가지 시나리오에서는 접촉이 분산되었습니다. 첫째는 송곳니와 어금니 한 개가 접촉하는 경우, 둘째는 송곳니와 어금니 두 개가 접촉하는 경우, 마지막은 송곳니의 관여 없이 세 개의 어금니가 접촉하는 경우였습니다. 연구진은 이 네 가지 교합 스타일을 밀도가 높고 강한 뼈부터 부드럽고 스펀지 같은 뼈까지 세 가지 유형의 모의 뼈에 적용하여, 압력에 따라 재료들이 어떻게 반응하는지 테스트했습니다.
컴퓨터 시뮬레이션 결과, 치아가 닿는 방식은 임플란트의 건강에 매우 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 송곳니에 의해서만 교합이 유도될 때, 금속 기둥과 연결 부위에 가해지는 응력은 더 낮고 고르게 분산되었습니다. 그러나 연구진이 측방 운동 중에 더 많은 어금니가 닿도록 허용했을 때, 임플란트에 가해지는 응력은 급격히 증가했습니다. 가장 강한 유형의 뼈를 사용한 시뮬레이션에서, 세 개의 치아가 하중을 나누어 가질 때의 임플란트 후방부 응력은 송곳니만 닿았을 때보다 거의 46%나 급증했습니다. 가장 극단적인 경우, 임플란트 연결 부위에 가해지는 응력은 거의 260메가파스칼(MPa)까지 올라갔는데, 이는 즉각적인 파손을 일으킬 정도는 아니지만, 수년간의 저작 활동을 통해 금속을 마모시키기에 충분히 높은 수준입니다.
또한 연구는 뼈의 질이 전체 구조의 거동을 어떻게 변화시키는지 보여주었습니다. 뼈가 부드럽고 스펀지 같을 때, 치아를 지지하는 금속 프레임워크는 강한 뼈에서보다 더 많이 휘어졌습니다. 실제로 어금니가 가이드를 수행할 때, 가장 부드러운 뼈 조건에서의 프레임워크 굴곡은 훨씬 더 심했습니다. 이러한 휨 현상은 구조물이 하중 아래에서 유연하게 변형되고 있음을 의미하며, 이는 결국 기계적 실패나 환자의 불편함으로 이어질 수 있습니다. 연구진은 뼈의 유형과 관계없이 입 앞쪽과 가까운 브릿지의 연결 부위가 지속적으로 가장 높은 압력을 받는다는 것을 발견했습니다.
이러한 결과는 새로운 치아를 설계할 때 송곳니가 측방 운동을 유도하도록 만드는 것이 올온포 시스템에 기계적으로 더 안전하다는 점을 시사합니다. 이 방식은 임플란트에 가해지는 힘을 낮추고 금속 브릿지가 휘어지는 양을 줄여줍니다. 비록 컴퓨터 모델이 단 한 명의 건강한 사람을 바탕으로 했으며 밤중에 이를 가는 것과 같은 실제 세계의 가능한 모든 변수를 고려하지는 못했지만, 결과는 송곳니 유도 교합을 선호해야 하는 명확한 생체역학적 근거를 제공합니다. 뼈가 약한 환자들에게는 이러한 설계 선택이 더욱 중요할 수 있는데, 이는 일상적인 저작의 무게 아래에서 프레임워크가 과도하게 휘어지는 것을 방지하는 데 도움이 되기 때문입니다.
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