Method Article

CAD(Computer-Aided Design) 및 제조 교합 베니어판을 밀링된 상아질 아날로그 재료에 접합하기 위한 준정적 기계 테스트

DOI:

10.3791/67511

⸱

December 20th, 2024

 ,  , 
1Center for Oral Bioengineering, Institute of Dentistry, Queen Mary University of London, 2School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

고정되지 않은 스테인리스강 볼을 사용한 준정적 하중-파괴 시험은 최소 침습적 후방 컴퓨터 지원 설계 및 상아질 아날로그 재료에 접합된 제조 수복물의 파괴 강도를 결정하기 위해 개발되었습니다. 이 테스트는 치과 수복물의 골절을 담당하는 일반적인 하중 체제를 모델링합니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

현재의 최소 침습 치료 체제에서는 수복된 치아의 활력, 미학 및 기능을 보존하기 위해 소량의 치아 준비와 더 얇은 생체 모방 세라믹 수복물이 사용됩니다. 이제 새로운 CAD(Computer-Aided Design) 및 CAD/CAM(Computer-Aided Manufacturing) 세라믹과 같은 재료를 사용할 수 있습니다. 수명을 보장하기 위해 치과 임상의는 상대적으로 부서지기 쉬운 유리 매트릭스 세라믹과 비교하여 새로 출시된 제품의 기계적 강도를 알아야 합니다. 또한, 특히 팬데믹 이후 실험실 조사를 위해 치아 대체품이 홍보되었으며 적용을 위해 더 많은 증거 지원이 필요합니다.

이 연구는 1mm 두께의 CAD/CAM 교합 베니어판의 파괴 강도를 결정하기 위해 단조 하중-파괴 시험을 위한 실험실 프로토콜을 개발했습니다. 마스터 다이는 고압 유리 섬유 라미네이트로 밀링되었으며, 이는 수화 된 상아질과 유사한 탄성 계수 및 결합 강도를 가지고 있습니다. 그들은 냉간 경화 에폭시 수지를 사용하여 폴리염화비닐(PVC) 엔드 캡에 장착되었습니다. 탁상용 수복물이라고도 하는 교합 베니어판은 리튬 디실리케이트(LD) 및 수지 나노세라믹 블록(RNC)으로 밀링하고 이중 경화 접착 수지 시멘트를 사용하여 준비된 마스터 다이에 접합되었습니다. 그들은 37 ° C에서 48 시간 동안 증류수에 보관함으로써 완전히 경화 될 수있었습니다.

그런 다음 모든 샘플을 만능 재료 시험기에 넣고 길항제 치아에 대해 발생하는 것과 같이 측면 이동을 허용하는 고정되지 않은 5.5mm 스테인리스 스틸 볼을 통해 로드했습니다. 압축은 1mm/min 비율로 적용되었으며 하중-변위 그래프가 생성되었습니다. RNC 그룹(3,212.80 ± 558.67 N)의 수복물의 평균 최대 하중 지지력은 LD 그룹(2727.10 ± 472.41 N)보다 유의하게 높았습니다(p < 0.05). 테스트 중 분리가 발견되지 않았습니다. 두 CAD/CAM 재료 모두 유사한 결함 분포를 가질 수 있습니다. 헤르츠(Hertzian) 원뿔 균열은 적재 부위에서 발견된 반면, 시멘트 표면에서 전파되는 방사형 균열은 두 그룹 모두에서 가장자리 가까이에서 발견되었습니다.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

금속이 없는 수복물은 우수한 광학적 특성과 생체 적합성으로 인해 전방 및 후방 치열에서 매우 선호되고 있습니다1. 그러나 이러한 재료의 주요 단점은 파괴2에 대한 민감성입니다. 대부분의 세라믹은 낮은 변형률3에서도 인장 응력에 의해 발생하는 균열에 취약합니다. 치과용 세라믹 보철물의 골절은 일반적으로 씹는 동안 발생하는 인장 응력에 장기간 노출되어 느린 방사상 균열 성장으로 인해 발생합니다4. 그들의 약점은 재료 내의 본질적인 결함 또는 결함과 제조 및 후처리로 인한 외적 결함으로 인해 더욱 악화됩니다5. 치과 CAD/CAM 재료의 인장 응력을 견딜 수 있는 능력인 굴곡 강도를 달성하고 단축(3점 또는 4점 굽힘) 및 이축 굽힘 시험(볼 온 링, 링 온 링 및 피스톤 온 쓰리 볼)과 같은 표준 테스트를 통해 비교할 수 있습니다. 한편, 균열 성장에 저항하는 재료의 능력인 파괴 인성은 단일 모서리 노치 빔과 압흔 시험에서 파생될 수 있습니다. 그러나 이러한 테스트는 서로 다른 해부학적 구성을 가진 접합된 보철물의 거동을 완전히 예측하고 나타낼 수 없습니다6. 다양한 임상적 측면에서 성능을 정당화하기 위해 다른 단조 또는 동적 기계적 테스트가 도입되었습니다 7,8.

골절 또는 "크라운 크런치" 테스트에 대한 하중은 복잡한 형상을 가진 세라믹 수복물의 강도를 조사하고 비교하기 위해 치과에서 광범위하게 사용되었습니다 9,10. 단조로운 단축 압축은 치명적인 파괴가 발생할 때까지 수직 또는 측면 방향으로 수복물에 준정적으로 가해집니다. 재료의 파괴 강도는 최대 하중력에서 결정할 수 있는 반면, 균열의 위치와 방향을 포함한 파괴 모드는 현미경으로 검사할 수 있습니다. 양호한 수복물은 자발적인 최대 교합력, 두개만듦 생체역학의 영향으로 턱 엘리베이터 근육에 의해 생성되는 가장 높은 저작력, 반사 경로11,12로 인한 압축 응력과 인장 응력을 모두 견딜 수 있어야 하며, 이는 구치에서 최대 900N에 이를 수 있습니다3. 더욱이, bruxism은 동일한 영역에서 1,200N까지 힘을 무의식적으로 증가시킬 수 있습니다13. 재료 특성(즉, 탄성 계수) 외에도 형상, 두께, 접착 시멘트 및 결함 분포가 보철물의 강도에 영향을 미칩니다14. 그러나 비임상적 높은 힘과 실패 메커니즘이 임상 상황과 유사하지 않기 때문에 이러한 테스트의 임상적 타당성에 대한 주장이 제기되어 왔습니다 6,14. 스텝 스트레스 분석과 구강 내 상태를 포함하는 피로 저항 검사는 치과 수복물의 수명을 예측하기 위한 보다 현실적인 접근법일 수 있다7. 그럼에도 불구하고, 파괴에 대한 하중은 여전히 빠르고 간단하며 반복 가능한 시험관 내 테스트로서 제조업체의 데이터를 신뢰할 수 없는 시장에 출시된 새로운 CAD/CAM 세라믹 재료의 강점을 비교합니다 15,16,17. 그 결과는 보조기능 활동으로 인한 극한의 힘과 단단한 씨앗이나 자갈을 물어뜯는 것과 같은 예상치 못한 임상 상황에 대한 보철물의 내성을 반영할 수 있으며, 이는 치과 보철물의 고장을 유발하기도 합니다 18,19,20,21.

구치부 치아 재활을 위한 사용이 증가함에 따라 밀링 및 프린트된 CAD/CAM 재료로 만든 교합 베니어판의 기계적 성능은 재료 유형, 보철 설계, 치아 접합부 준비 설계, 두께, 표면 처리, 접착 결합 및 루팅 시멘트 시스템을 포함한 다양한 측면에서 조사되었습니다22,23. 그러나 데이터는 여전히 제한적이며 테스트 재료는 유리 매트릭스 세라믹 및 기존 CAD/CAM 복합 재료에서 가져온 것입니다. 이제 대체 하이브리드 재료인 수지 나노세라믹을 사용할 수 있습니다. 나노 세라믹 필러의 강도와 수지 매트릭스의 탄력성을 통합한다고 주장하며, 이는 얇고 최소 침습적 수복물에 적합할 수 있습니다. 그러나 특히 어금니 부위에서의 기계적 성능은 임상적 의미에 대한 더 많은 뒷받침 증거를 필요로 합니다.

지금까지 연구자들은 실험실 테스트에서 자연 치아를 대체할 수 있는 재료를 가지고 있지 않았습니다. 고압 유리 섬유 라미네이트(National Electrical Manufacturers Association; Garolite라는 상품명을 가진 NEMA 등급 G10)은 2010 년부터 치과 세라믹의 기계적 테스트를위한 상아질 아날로그 재료로 제안되었습니다14. 고압의 밑에 에폭시 수지에서 적신 섬유유리의 다중층을 포함하는 thermotend 복합 재료입니다. 수화 상아질14,24와 유사한 탄성 특성, 피로 거동 및 접착 결합 강도를 가진 높은 응력 조건을 견딜 수 있습니다. 이는 표본 준비, 표준화 및 윤리적 승인과 관련하여 자연치에 비해 이점을 제공하며, 생물 안전성에 대한 우려가 감소하여 시간을 절약할 수 있습니다24. 표면 처리는 60 초에서 90 초까지 5 % 또는 10 % 불화 수소산으로 에칭하고 실란 커플 링제를 적용하여 수행 할 수 있습니다14,24. 그럼에도 불구하고, 이 물질을 사용한 접합 보철물에 대한 연구는 제한적이며, 기존 근거의 신뢰성은 여전히 의문이다24,25.

이 연구에서는 고정되지 않은 스테인리스강 볼에 대해 상아질 아날로그 재료로 밀링된 마스터 다이에 접합된 1mm 두께의 교합 베니어판의 단조 하중-파괴 테스트를 위한 실험실 프로토콜이 개발되었습니다. 두 가지 치과용 CAD/CAM 재료인 리튬 디실리케이트(LD) - IPS e.max CAD 및 수지 나노세라믹(RNC) - Lava Ultimate(그룹당 n = 15)의 최대 하중 지지 용량은 두 개의 독립적인 표본 t-test 및 Weibull 통계 분석을 통해 정량화되고 통계적으로 비교되었습니다. 파괴 패턴은 또한 광학 입체 현미경 및 주사 전자 현미경으로 조사되었습니다. 연구 가설은 이것이 임상 적용에서 교합 베니어판의 실패를 모델링하는 적절한 방법이라는 것이었습니다. 통계적 귀무 가설은 두 재료로 만든 교합 베니어판 사이의 최대 하중 지지 용량에 차이가 없어야 한다는 것이었습니다.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 이 아날로그 제작

  1. 해부학적으로 타이포돈트 하악 제1대구치(갈라진 뿌리 포함)의 교합면을 1mm 줄이고 굵고 미세한 다이아몬드 버를 사용하여 가장자리를 경사지게 합니다.
  2. 준비된 타이포도트를 치과 기공소 스캐너로 스캔합니다.
  3. CAD 소프트웨어에서 OrthoAnalyzer 를 사용하여 스캔한 파일을 엽니다. 스컬프트 툴킷 창에서 왁스 나이프 도구를 클릭하고 직경 과 레벨을 각각 2.6 mm 와 63 μm로 설정하세요. 밀링 프로세스를 용이하게 하기 위해 각 뿌리 표면을 서로쪽으로 점차적으로 당겨 분기된 뿌리를 단일 뿌리로 병합합니다(그림 1).
  4. 5축 밀링 머신을 사용하여 고압 유리 섬유 라미네이트(n = 30)(Garolite, NEMA[National Electrical Manufacturers Association] 등급 G10)에서 치아 유사체를 밀링합니다(그림 2).

2. 설치

  1. 적절한 CAD 소프트웨어(예: Autodesk Inventor Professional 2025)를 사용하여 모델 톱니의 루트 섹션과 PVC 엔드 캡 내부 공간에 맞는 지그를 설계하여 테스트 시편의 표준화된 위치와 방향을 보장합니다.
  2. 3D 프린터를 사용하여 PMMA 또는 유사한 모듈러스 재료로 테스트 툰당 하나의 지그를 인쇄합니다.
  3. 일반적으로 내경 25mm, 높이 21.5mm, 벽 두께 5.5mm의 PVC 엔드 캡과 루트 부분과 다이를 결합합니다.
  4. 냉간 경화 저점도 에폭시 수지를 혼합하고 모델 치아의 시멘트 에나멜 접합 영역까지 붓습니다. 모델 치아의 교합 표면이 흐르는 수지로 오염되지 않도록 주의하십시오. 최소 24시간 동안 실온에서 완전히 설정되도록 둡니다(그림 3).

3. 교합 베니어 제작

  1. 치아 아날로그의 스캔한 파일을 CAD 소프트웨어로 가져옵니다.
  2. Directions(방향)에서 교합 베니어의 삽입 방향을 결정합니다.
  3. Interfaces(인터페이스)에서 Margin line(마진 라인)을 선택하고 스캔된 치아 아날로그의 마진 라인을 표시합니다. 그런 다음 Die interface(다이 인터페이스) | 설정을 진행하고 시멘트 간격을 0.025mm로 조정하고 추가 시멘트 간격을 0.050mm로 조정합니다.
  4. Anatomy design에서 Smile Library의 템플릿을 사용하여 1mm 두께의 교합 베니어를 디자인하고 Sculpt의 도구로 조정합니다.
  5. 제조업체의 지침에 따라 5축 밀링 머신을 사용하여 리튬 디실리케이트(IPS e.max CAD) 및 수지 나노세라믹(Lava Ultimate) 블록(그룹당 n=15)을 밀링합니다(그림 4).

4. 접합 및 접합

  1. 모든 마스터 다이를 초음파 기계에서 90초 동안 청소하고 자연 건조합니다. 그런 다음 교합 표면에 5% 불산을 60초 동안 바르고 물로 철저히 헹구고 자연 건조합니다.
  2. LD 그룹의 경우 내부 표면을 5% 불산으로 20초 동안 에칭하고 물로 철저히 헹구고 자연 건조합니다.
  3. RNC 그룹의 경우 2 bar (200 kPa, 30 psi)에서 10 초 동안 50 μm의 산화 알루미늄 분말 입자 크기로 공기 마모합니다. 알코올로 과도한 모래를 제거하고 자연 건조하십시오.
  4. 범용 결합제인 실란을 도포하고 이중 경화 접착 시멘트를 수복 음각에 로드합니다. 40N 하중의 만능 재료 시험기에서 실리콘으로 채워진 압축 헤드 아래에 수복물을 로드하여 준비된 마스터 다이에 복원물을 놓습니다.
  5. 1,000-1,200 mW/cm2 의 정상 모드에서 1-2 초 동안 광도를 사용하여 발광 다이오드(LED)로 경화합니다. 여분의 시멘트를 제거하고 각 표면의 경화광을 20초 동안 계속한 다음 만능 재료 시험기에 5분 동안 그대로 둡니다.
  6. 만능 재료 시험기에서 제거하고 시멘트가 완전히 경화될 때까지 37°C의 증류수에 48시간 동안 그대로 둡니다.
  7. 테스트하기 전에 미세한 영구 마커를 사용하여 미세한 영구 마커를 사용하여 3개의 내측-외측 기준선(sinistral, central 및 dextral)과 3개의 전방-후방 기준선(위쪽, 중앙 및 아래쪽)을 미세한 영구 마커를 사용하여 서로 다른 색상으로 그립니다.

5. 준정적 기계 테스트

  1. 압축 시험을 위해 설정된 5kN 로드셀이 있는 기계 시험기의 하부 압반 중앙에 시험 시편을 배치합니다.
  2. 직경 5.5mm의 스테인리스강 볼을 중앙 기준선의 교차점에 있는 수복물의 중앙 fossa에 놓습니다(그림 5).
  3. 시편 주위에 보호용 아크릴 링을 놓고 시험기 앞에 파편 보호막을 배치하여 파편이 날아오는 것을 제한합니다.
  4. 스틸 볼과 거의 접촉할 때까지 크로스 헤드를 아래로 내리고 하중 및 변위가 없습니다.
  5. 하중의 급격한 감소로 표시되는 수복물이 파손될 때까지 1mm/분으로 압축을 가합니다. 이 하중을 기록합니다(그림 5).
  6. 골절 후 실드와 아크릴 링을 제거하고 시험편과 그 파편을 조심스럽게 수집합니다. 착색된 선은 후속 분석을 위해 세라믹 조각을 원래 위치에 배치하는 데 도움이 됩니다(그림 5).
  7. 다음 테스트 표본을 놓고 그룹이 완료될 때까지 5.2-5.6단계를 따릅니다.

6. 통계 분석

  1. Minitab 워크시트의 첫 번째 열과 두 번째 열에 각각 실험에서 검색된 재료 코드와 최대 적재 값(N)을 채웁니다.
  2. Stat | 기본 통계 | 2-표본 t. 신뢰 수준을 95%로 설정하고 등분산을 가정합니다.
  3. Weibull 분포도를 생성하려면 통계분석 | 신뢰성/생존성 | 분포 분석(우측 관측 중단) | 분포 ID 그림. 변수 상자에서 최대 하중 값을 선택하고, 변수 기준 상자에서 재료 이름을 선택하고 분포를 Weibull로 지정한 다음 확인을 클릭합니다.
  4. Weibull 통계 분석을 수행하려면 통계(Stat) | 신뢰성/생존성 | 분포 분석(우측 관측 중단) | 파라메트릭 분포 해석 | Weibull [웨이블] | 그래프. 확률 도표 선택 | 위 그림에 신뢰 구간을 표시하고 확인을 클릭합니다.

7. 프랙토그래피 분석

  1. 실체 현미경의 경우, 접안렌즈 카메라를 장착하고 입체 현미경 소프트웨어를 통해 샘플의 항공 및 측면 모습의 이미지(20x)를 캡처합니다.
  2. 주사 전자 현미경의 경우 표본을 시멘트 에나멜 접합부(CEJ)까지 절단하고 초음파 세척기의 아세톤 수조에 넣은 다음 자연 건조합니다. 골드 코팅을 하고 샘플의 항공 및 측면 보기의 이미지(250-300 배율)를 캡처합니다.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

표본 크기 계산은 참조된 소프트웨어를 사용하여 수행되었으며, 이 소프트웨어는 0.39의 효과 크기를 생성하고 그룹당 n = 13의 최소 표본 크기를 제안했습니다. 그러나 이 연구에서는 5%의 차이를 감지하기 위해 n = 15의 표본 크기를 선택했습니다. 귀무 가설은 기각되었습니다. 굴곡 강도가 더 컸음에도 불구하고, LD(리튬 디실리케이트: 2,727.10 ± 472.41 N) 그룹으로 만든 1mm 두께의 교합 베니어판(n=15 그룹)의 최대 하중 하중의 평균값은 RNC(수지 나노세라믹: 3,212.80 ± 558.67 N) 그룹(p < 0.05)보다 현저히 낮았다. 고장 확률이 63.2%일 때 LD의 척도 매개변수 또는 특성 강도(σ)는 RNC 그룹보다 약간 낮습니다. 그러나 LD의 확률 플롯(95% CI)의 기울기로 표시된 형상 매개변수 또는 Weibull 계수(m)는 그림 6과 같이 RNC 그룹과 유사했으며, 이는 두 재료가 내부 결함 또는 결함의 유사한 분포를 가질 수 있음을 반영합니다. 모든 데이터는 표 1에 나와 있습니다.

공중 및 측면 보기에서 골절된 LD 및 RNC 교합 베니어판의 실체 현미경 이미지는 각각 그림 7 및 그림 8에 제시되어 있습니다. 두 테스트 그룹 모두 중앙 포사에서 중앙 기준선의 교차점에서 표면 고리 모양의 균열을 묘사했습니다. 사실 이 균열은 수복물의 깊은 층으로 광범위하게 확장되는 Hertzian 원뿔 균열 시스템의 일부였습니다. 일반적으로 그림 9와 같이 외부 균열(OC), 내부 균열(IC) 및 중앙 균열(MC)로 구성되었습니다. 매복 부위 맞은편에 있는 합착 표면에서 발생하고 전파되는 방사형 균열은 수복물의 두께와 크런치 더 크라운 테스트의 특성으로 인해 식별하기 어려웠습니다. 그러나, 방사형 균열로 나타나는 인장 응력으로 인한 2차 파괴 기원은 마스터 다이에 부착된 나머지 수복물의 가장자리 영역에서 관찰될 수 있습니다. 2차 파괴 원점으로부터의 방사상 균열 전파 방향의 파괴 특징을 보여주는 단편이 그림 10에 제시되어 있습니다. 완전한 벌크 골절은 원위 측면에서 협측으로 골절이 발생한 RNC 그룹의 샘플을 제외하고는 두 수복 그룹의 측위 측면에서 일관되게 위치했습니다.

두 테스트 그룹의 공중 및 측면 보기에서 주사 전자 현미경 하의 대표적인 고배율 이미지가 그림 11 및 그림 12에 나와 있습니다. 80 wt% 나노세라믹 필러가 20 wt%의 고도로 가교 결합된 고분자 매트릭스에 함침되었기 때문에 RNC로 만든 베니어판의 파단 표면은 연성 파괴에서 소성 변형의 특징인 거칠고 섬유질의 외관을 나타냈습니다. 대조적으로, LD로 만든 수복물은 균열 원점(FO)에서 더 깊은 층으로 균열이 전파되어 균열 붕괴나 전환이 거의 없이 여러 조각으로 산산조각이 났습니다. 또한, 스테인리스강 볼의 원래 충격 영역은 재료 유형에 관계없이 일부 표본의 파단선에서 약 1mm 떨어진 오른쪽 상단 영역에서 발견될 수 있습니다. 이것은 공이 압축 하중 동안 중앙 포사에서 완벽하게 정렬되지 않았을 때 최종 위치로 미끄러질 수 있음을 보여줍니다.

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그림 1: 치과 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어의 디지털 이미지는 타이포돈트 하악 제1대구치의 병합된 분기근을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 2: 5축 치과 밀링 머신을 사용하여 고압 유리 섬유 라미네이트 디스크에서 밀링된 마스터 다이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 3: 마스터 다이 장착. (A) 지그는 인쇄된 PMMA 필라멘트로 제작됩니다. (B) 치아 아날로그의 방향과 위치를 표준화하기 위해 PVC 엔드 캡에 단단히 배치됩니다. (C) 냉간 경화 저점도 에폭시 수지를 치아 유사체의 시멘트 법랑질 접합부까지 붓고 실온에서 최소 24시간 동안 굳힌다. 약어 : PMMA = 폴리 메틸 메타 크릴 레이트; PVC = 폴리염화비닐. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 4: 제조업체의 지침에 따라 밀링 및 마무리 한 CAD/CAM 블록. (A) 리튬 디실리케이트, (B) 수지 나노 세라믹. 약어: CAD = Computer-Aided Design; CAM = Computer-Aided Manufacturing(컴퓨터 지원 제조). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 5: 준정적 기계 테스트. (A) 5.5mm 스테인리스 스틸 볼을 수복물의 중앙 포사에 놓습니다. (B) 시편을 5kN 로드셀이 있는 만능재료시험기의 중앙에 놓고 아크릴 링과 파편 실드로 보호되는 1mm/분의 압축판으로 압축합니다. 연신(mm) 및 최대 하중력(N)이 소프트웨어에 기록됩니다. (C) 파쇄된 표본의 벌크 조각을 조심스럽게 수집하여 영구 마커의 유색 선을 따라 원래 위치로 다시 놓습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 6: LD와 RNC로 만든 교합 베니어판 사이의 95% CI에서 최대 파괴 하중의 Weibull 확률 플롯. 95% CI에서 최대 파괴 하중(N)은 LD(파란색 선)와 RNC(빨간색 선)로 만든 교합 베니어 사이였습니다. 형상 모수 또는 Weibull 계수(m)는 플롯의 기울기를 나타내는 반면, 척도 모수 또는 특성 강도(σ) 는 고장 확률이 63.2%(녹색 선)일 때 재료의 강도 값을 나타냅니다. 모수와 적합선은 최대우도 분석을 보여줍니다. 약어 : LD = 리튬 disilicate; RNC = 수지 나노 세라믹. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 7: 실체현미경으로 본 리튬 디실리케이트 교합 베니어판(20x). (A) 조감도 (B) 측면도. 스케일 바 = 2mm(A), 1mm(B). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 8: 실체현미경으로 본 수지 나노세라믹 교합 베니어판(20x). (A) 조감도; (B) 측면도. 스케일 바 = 2mm(A), 1mm(B). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 9: 교합 베니어판의 대표적인 파절 특징. (A) LD 및 (B) RNC. 흰색 화살표는 1차 파괴 원점이 발생하고 볼 압축에서 전파된 링 균열을 가리키며, 외부 원뿔 균열, 내부 원뿔 균열 및 중앙 균열이 있는 전형적인 헤르츠 원뿔 균열을 생성합니다. 인장 응력에 의해 야기된 2차 파괴 기원은 가장자리 영역 근처에서 발견되었습니다. 점선 화살표는 균열 전파 방향을 표시하며, 이미징 조건에 따라 제압선과 같은 다른 기능도 확인할 수 있습니다. 스케일 바 = 2mm(A), 1mm(B). 약어 : LD = 리튬 disilicate; RNC = 수지 나노 세라믹; 1° FO = 원발성 파괴 원인; 2° FO = 2차 파괴 원인; OC = 외부 원뿔 균열; IC = 내부 원뿔 균열; MC = 중간 균열; DCP = 균열 전파 방향; AL = 체포선. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 10: 교합 베니어 단편의 대표적인 파쇄 특징. (A) LD 및 (B) RNC. 2차 골절 원인은 교합 베니어판의 가장자리에 가까웠다. 점선 화살표는 mist zone, twisted hackle, Wallner line 및 arrest line과 같은 다른 파괴 특성과 함께 균열 전파 방향을 표시합니다. 스케일 바 = 1mm. 약어 : LD = 리튬 disilicate; RNC = 수지 나노 세라믹; 2° FO = 2차 파괴 원인; DCP = 균열 전파 방향; AL = 체포선; M = 미스트 영역; TH = 뒤틀린 핵클; WL = 월너 라인. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 11: 골절된 LD 교합 베니어판의 대표적인 SEM 이미지. (A) 조감도; (B) 측면 뷰. 흰색 화살표는 스테인리스 스틸 볼의 초기 충격을 나타냅니다. 스케일 바 = 1mm. 약어 : LD = 리튬 disilicate; SEM = 주사 전자 현미경. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 12: 골절된 RNC 교합 베니어판의 대표적인 SEM 이미지. (A) 조감도; (B) 측면 뷰. 스케일 바 = 1mm. 약어: RNC = 수지 나노세라믹; SEM = 주사 전자 현미경. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

최근 몇 년 동안 최소 침습 교합 베니어판은 현대 수복 치과에서 점점 더 주목을 받고 있습니다. 이러한 수복물은 일반적으로 모놀리식 CAD/CAM 유리 매트릭스 세라믹, 다결정 및 하이브리드 재료로 제작됩니다26. 보존적 치아 준비, 치아 준비 중 접근성 및 가시성의 용이성, 인상 채취 및 합착, 가장자리 치은의 보존이 장점으로 홍보되었습니다26,27. 현재 지침은 내구성과 기계적 성능을 보장하기 위해 지지하는 교두와 중앙 fossa에서 1.5-2.0mm 두께를 권장합니다28,29. 그러나 실험 생존율이 유리하기 때문에 0.7-1.0mm 두께의 초박형 교합 베니어판이 현재 최소 침습적 수복 접근법으로 널리 사용되고 있습니다 26,30,31.

미세 구조 구성 요소 및 가공 기술의 차이는 물리 기계적 특성, 광학 특성, 열팽창 계수(CTE) 및 화학적 용해도3를 포함한 치과 CAD/CAM 재료의 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 가공 후 LD는 일반적으로 메타규산염 결정체를 ~377MPa의 굴곡 강도와 67.2GPa 32,33,34의 탄성 계수를 가진 완전히 결정화된 리튬 디실리케이트 결정으로 전환하기 위해 열처리가 필요합니다. 대조적으로, RNC는 후처리가 필요하지 않았으며 최대 200MPa의 굴곡 강도와 12.7GPa34의 탄성 계수를 가졌습니다. 여러 연구에서는 단순 치수를 사용한 일반 표준 테스트의 굴곡 강도 값이 복잡한 형태와 두께가 다른 치과 수복물의 파손 하중과 상관관계가 없다는 것을 발견했습니다 15,16,17.

본 연구에서 RNC로 만든 1mm 교합 베니어판의 파단 저항성은 LD 그룹보다 우수했으며, 자연치아 35,36,37을 사용하여 수행된 이전 연구와 유사한 결과를 보였습니다. 이 하이브리드 재료의 더 높은 하중 지지 능력은 세라믹 필러 및 수지 복합 매트릭스의 강도와 탄력성에서 비롯될 수 있으며, 이는 탄성 계수를 상아질(15 GPa) 및 상아질-아날로그 재료(16.5 GPa)와 조화시켜 응력 분포를 향상시킵니다14,38. 이 연구는 노화 과정과 씹는 시뮬레이션을 계산에 포함하지 않았으므로 이러한 수복물의 장기적인 강도 값을 나타낼 수 없었습니다. 그러나 초기 CAD/CAM 복합 수지로 만든 교합 베니어판의 생존율은 LD39,40보다 높은 것으로 보고되었습니다.

치과용 합금과 달리, 치과용 세라믹은 결함 크기 분포의 변화로 인해 강도 값의 가우스 또는 정규 분포를 나타내지 않습니다41. 이들의 고장은 일반적으로 큰 크기의 결함 모집단과 관련이 있으며, 일반적으로 분포의 오른쪽에 있는 고장 빈도에 가중치를 부여합니다. 따라서 재료 강도의 신뢰성을 확인하기 위해 파라메트릭 회귀가 필요합니다. BS EN 61649: 2008에 따르면, Weibull 통계 분석은 n = 10 정도의 작은 표본 크기로 적용할 수 있지만 신뢰도가 제한된 경우 42를 적용할 수 있습니다. 통계적 신뢰성을 보장하고 더 작은 추정 오류를 보장하기 위해 일반적으로 20보다 큰 표본 크기가 필요합니다43. Weibull 계수(m) 값이 낮은 재료는 넓은 영역에서 파손되거나 파손될 수 있습니다. 대조적으로, 값이 큰 사람들은 좁은 강도 분포로 인해 가장 높은 응력 영역에서 실패할 가능성이 더 높습니다. 상업용 치과 세라믹의 대부분의 m-값은 5에서 15 사이입니다 43, 이 연구에 사용된 두 CAD/CAM 재료의 결과는 ~6.7이며, 이는 더 많은 테스트 샘플이 포함될 때 다를 수 있습니다.

생물 안전성 문제와 인권법44에 대한 관심이 높아짐에 따라 미래의 치과 연구는 체외 실험 테스트를 위한 대체 재료에 더 많이 의존할 수 있습니다. 이 연구는 기계적 강도가 낮고 분리 문제가 있는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 위에 에폭시 수지가 함침된 직조 유리 섬유로 만든 밀링된 상아질 아날로그 재료의 사용을 촉진합니다45. 유리로 채워진 폴리아미드는 또한 실험실 실험을 위한 또 다른 재료 대체물로 제안되었습니다24. 그럼에도 불구하고 이러한 합성 물질은 유사한 탄성 특성과 접착 능력을 가지고 있음에도 불구하고 자연 치아를 완전히 대체하지 못할 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 에폭시 유리 라미네이트 또는 유리 충전 폴리아미드로 접합된 리튬 디실리케이트 크라운은 천연 상아질에 결합했을 때보다 더 높은 피로 저항을 보였습니다25.

본 연구는 자연치를 대조군으로 포함하지 않았기 때문에 이러한 결과를 비교할 수 없다. 그러나 둘 이상의 서로 다른 베니어 재료를 비교할 때 자연 치아에 인공 모델을 사용하면 반복성이 증가하고 공급, 보관, 살균 또는 질병 전파 우려가 없습니다. 에폭시 유리 라미네이트의 유일한 우려 사항은 표면 경도이며, 이는 특히 뿌리 분기점에서 밀링 공정을 방해합니다. 치주 인대가 없는 단일 비해부학적 뿌리를 사용하는 단순화는 수복물의 하중 지지 거동을 변경하지 않습니다46. 다양한 접근 방식을 통해 이러한 대체 재료의 기계적 특성 및 다른 수복 재료와의 결합 성능을 완전히 정당화하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

이 연구는 또한 고정되지 않은 스테인리스강 볼을 단조 단축 압축 시험을 위한 압자로 사용하는 타당성을 강조합니다. 블런트, 피스톤, 하프 볼 및 볼 모양14,47,48,49,50을 포함한 여러 유형의 고정 압자가 실험실 테스트에 사용되었습니다. 그러나 이는 테스트 재료의 한 지점에서 바람직하지 않은 응력을 생성할 수 있습니다. 또한, 길항근 교두가 편심으로 최대 0.5 또는 1mm까지 이동할 수 있는 임상 위치를 모델링하지 않습니다51,52. 고정 압자와 달리 이 연구에 사용된 스테인리스강 볼은 약간 움직여 접촉하고 보철물 중앙으로 응력을 분산시켜 단일 경사면에서 응력 축적을 방지할 수 있습니다. 이전 연구와 마찬가지로, 파괴 학적 조사는 단조 하중을 가한 하중 대 파괴가 하중 부위 6,14 반대편의 접합 표면에서 발생하는 지하 균열 시스템을 완전히 묘사하지 못할 수 있음을 밝혔습니다. 그러나 이 연구에서는 두 수복 그룹 모두에서 가장자리의 지하 방사형 균열이 관찰될 수 있었으며, 이는 장기간의 일상 사용으로 인한 세라믹 보철물의 일반적인 고장을 나타냅니다53,54. 따라서 최소 침습 보철물의 마진을 가공하는 과정에 주의를 기울이는 것은 고장 이벤트를 확대할 수 있는 외적 결함이나 결함을 생성하지 않는 데 필수적입니다.

이 연구의 한계 내에서 CAD/CAM 수지 나노세라믹으로 만든 1mm 교합 베니어판은 기존 리튬 디실리케이트보다 파괴 저항성이 우수하다는 결론을 내릴 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 둘 다 자발적 및 비자발적 최대 교합력에 대해 적절한 골절 강도를 보여주었으며 최소 침습 계획에서 구치를 복원하기 위한 유망한 재료입니다. 이 연구의 준정적 기계 테스트는 임상적으로 관련된 균열 시스템이 보이는 최대 하중 지지 용량을 통해 치과 CAD/CAM 수복 재료의 강도에 대한 단서를 제공할 수 있습니다. 고급 리튬 알루미늄 실리케이트(LAS), 지르코니아 강화 리튬 디실리케이트(ZLS) 및 기타 치아 유사체 재료와 같은 새로운 수복 재료는 인공 노화 및 구강 상태 시뮬레이션에서 제안된 실험실 환경을 통해 추가로 조사할 수 있습니다.

Disclosures

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저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

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이 연구는 태국 방콕에 있는 Mahidol University의 치과학부로부터 자금을 지원받았습니다. 저자들은 이 작업에 대한 전문적인 기술적 입력과 지도에 대해 공학 및 재료 과학 대학의 공학 및 재료 과학 대학의 Erica Di Federico 박사와 런던 퀸 메리 대학의 지리학 대학의 Thomas Kelly 박사에게 감사드립니다.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3D 프린팅(SLA)  Formlabs, 미국 매사추세츠주 서머빌Form3+
3Shape A/S, 코펜하겐, 덴마크치아 아날로그 및 베니어판용 CAD 소프트웨어
5% 불산 Ivoclar Vivadent, Schaan, 리히텐슈타인IPS 세라믹 에칭 젤
알루미나 파우더Ronvig 치과 제조 A/S, 덴마크
Bluehill Universal 재료 물성시험 소프트웨어 Instron Mechanical Testing Systems, 미국
CamLabLite 소프트웨어 Bresser UK Ltd, Kent, UKStereomicroscopy Software
저온 경화 저점도 에폭시 수지 Struers SAS, Champigny-sur-Marne, 프랑스
이중 경화 수지 시멘트 3M, 세인트폴, 미네소타, 미국Rely X Ultimate 접착 수지 시멘트
접안렌즈 카메라 ToupTek Photonics Co., Ltd., 항저우, 중국
고압 유리 섬유 라미네이트 디스크  (10년)PAR Group Ltd, Lancashire, UK
IPS e.max CADIvoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinYB54G9/605330저반투명도, A3, C14
실험실 스캐너 3Shape A/S, 코펜하겐, 덴마크D900L
Lava Ultimate3M ESPE, Saint Paul, MN, USA9541467/3314A3-LT저반투명, A3, 14L
발광 다이오드(LED) 경화광 딱따구리 의료 기기, 구이린, 중국
밀링 머신 VHF 캠팩처 AG, Amnnerbuch, 독일VHF S2
Minitab 18 Minitab Inc, State College, PA, USA
nQuery Advisor 버전 9.2.10 Statistical Solutions Ltd., CA, USA통계 소프트웨어
폴리염화비닐 엔드 캡 Plastic Pipe Shop Ltd, 스털링, 영국25mm X 21.5mm;
주사 전자 현미경 테스칸, 브르노, 체코 테스칸 베가
실란 커플링제 3M, 세인트폴, 미네소타, 미국RelyX Ceramic Primer
Autodesk Inventor Professional 2024Autodesk, 샌프란시스코, 캘리포니아, 미국지그
스퍼터 진공 코터용 CAD 소프트웨어   Quorum, East Sussex, UKMiniQS 스퍼터 코터
스타타18 StataCorp LLC, 미국 텍사스
실체현미경 Carl Zeiss AG, Oberkoche, GermanyZeiss Stemi 508
Typodont 하악 첫 번째 어금니 Frasaco GmbH, Tettnang, GermanyANA-4 Z3RN-36
범용 치과 결합제   3M, 세인트 폴, 미네소타, 미국스카치 본드 범용 접착제
만능 시험기Instron 기계 테스트 시스템, Norwood, MA, USAIntron 5900-84 
3Shape 치과 디자이너 CAD 소프트웨어 Daugaard,매사추세츠주 노우드주 칼리지 스테이션

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