CT상의 HU 수치에 따른 상악골 전방견인 효과의 유한요소 분석
Stress distribution following face mask application using different finite element models according to Hounsfield unit values in CT images
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초록
유한요소분석의 결과는 표현된 물성과 구조, 유한요소의 밀도, 그리고 경계 및 하중조건에 의존하게 된다. 상악견인장치의 사용에 있어 상악의 실제 구조와 밀도를 물성으로 반영하여 새로이 개선된 유한요소 모델과 기존의 방식을 따른 유한요소 모델을 비교하였다. 연구에서 대상이 된 환자는 13세 6개월된 남자 환자였으며 전산화단층사진 촬영으로 얻은 DICOM 영상정보를 개인용 컴퓨터로 옮긴 후 3차원 영상프로그램을 이용하여 3차원 입체영상을 제작하였다. CT상에서 Gray scale을 표현하는 수치인 Hounsfield unit (HU)값을 이용하여 24단계의 물성을 가진 모델(모델1)과 고전적인 방법에 따라 2가지의 물성만을 가진 모델(모델2)을 구성하였다. FH plane하방 45° 방향에서 500g의 힘으로 견인하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 관골하 능선 후방에 있는 상악골의 부위는 전방부보다 더 넓고, 낮은 밀도를 가진 해면골로 구성되어 있었다. 따라서 같은 견인력을 적용하였음에도 24개의 물성을 가진 모델1의 제1소구치가 모델2의 제1소구치보다 전방과 하방으로의 더 많은 이동이 가능했다. 이에 대한 반응으로, 상악골은 시상면과 전두면상에서 휘어졌고, 소구치를 포함한 전방부위의 상악골이 아래 방향으로 움직이게 되었다. 고전적인 방법의 2개의 물성을 이용한 모델의 경우, 제1소구치 골 주위에서의 전하방 이동이 작게 나타났으며 상악결절 부위에서는 상방으로의 이동양상을 보여 결과적으로 이 모델에서는 상악 제1대구치의 전방을 중심으로 시계방향의 회전을 보여 주었다. 따라서 물성 지정의 차이에 따라 유한 요소분석의 결과에 차이를 보였으며 HU 값을 이용했을 때 좀 더 역학적 구조가 잘 표현해 내리라 고려된다. (대치교정지 2006;36(6):412-21)
Abstract
Objective: The result of finite element analysis depends on material properties, structural expression, density of element, and boundar or loading conditions. To represent proper elastic behavior, a finite element model was made using Hounsfield unit (HU) values in CT images. Methods: A 13 year 6 month old male was used as the subject. A 3 dimensional visualizing program, Mimics, was used to build a 3D object from the DICOM file which was acquired from the CT images. Model 1 was established by giving 24 material properties according to HU. Model 2 was constructed by the conventional method which provides 2 material properties. Protraction force of 500g was applied at a 45 degree downward angle from Frankfort horizontal (FH) plane. Results: Model 1 showed a more flexible response on the first premolar region which had more forward and downward movement of the maxillary anterior segment. Maxilla was bent on the sagittal plane and frontal plane. Model 2 revealed less movement in all directions. It moved downward on the anterior part and upward on the posterior part, which is clockwise rotation of the maxilla. Conclusion: These results signify that different outcomes of finite element analysis can occur according to the given material properties and it is recommended to use HU values for more accurate results. (원 저 대치교정지 2006;36(3):178-7 ORIGINAL ARTICLE Korean J Orthod 2006;36(6):412-21)
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