지르코니아 - 세라믹크라운의파절하중비교 연세대학교대학원 치의학과 박민수
지르코니아 - 세라믹크라운의파절하중비교 지도교수김선재 이논문을석사학위논문으로제출함 2011 년 6 월일 연세대학교대학원 치의학과 박민수
박민수의석사학위논문을인준함 심사위원 심사위원 심사위원 인 인 인 연세대학교대학원 2011 년 6 월일
감사의글 우선이모든것을계획하시고이끄시어무사히마치게하신하나님께감사 드립니다. 부족한저를하나하나세심하게이끌어주시고연구자의자세를깨닫게해주신김선재교수님께감사의말씀을전합니다. 많은가르침을주시고바쁘신와중에도심사를해주신심준성교수님과미처고려하지못했던재료학적인부분까지조언을아끼지않으신이용근교수님께도깊은감사를드립니다. 아울러석사과정중많은관심과가르침으로성장할수있게해주신연세대학교치과보철학교실교수님들께도감사드립니다. 그리고연구와실험의진행에진심어린도움을주신서울대학교치과대학재료학교실안진수교수님께도감사인사드립니다. 매일아침아들들을위한기도로하루를시작하시는어머니와본인의졸업작품준비로바쁜와중에도형의논문작성에도움을준동생창수와이기쁨을함께나누고싶습니다. 많은이해심과사랑으로지켜봐주고함께고민했던사랑하는아내소연에게도진심으로고맙다는말을전하고싶습니다. 그리고하늘에서아들을흐뭇하게지켜보고계실아버지께이논문을바칩 니다.
차례 그림및표차례 ⅱ 국문요약 ⅲ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 재료및방법 4 1. 연구재료 4 가. 금속주모형제작 4 나. 코핑제작 5 다. 전장도재제작과실험군설정 7 2. 연구방법 8 가. 시편의합착 8 나. 시편의보관과열순환 9 다. 파절하중측정 9 라. 통계분석 10 Ⅲ. 결과 11 1. 파절하중측정결과 11 2. 시편의파절양상관찰 13 Ⅳ. 고찰 14 Ⅴ. 결론 21 참고문헌 22 영문요약 26 i
그림차례 FIGURE 1. SCHEMATIC DIAGRAM OF MASTER MODEL 4 FIGURE 2. COPING DESIGN DETAILS 6 FIGURE 3. UNIVERSAL TESTING MACHINE 10 FIGURE 4. BAR GRAPH INDICATING MEAN VALUE OF FRACTURE LOAD OF VENEER PORCELAIN 12 FIGURE 5. AN EXAMPLE PHOTO OF FRACTURED ASPECT OF (A) EP GROUP, (B) ZP GROUP, (C) VM GROUP 13 FIGURE 6. CRACKED EP GROUP SPECIMENS DURING PROCESSING 16 표차례 TABLE 1. PROPERTIES OF CORE MATERIALS AS PROVIDED BY THE MANUFACTURERS 6 TABLE 2. PROPERTIES OF VENEERING MATERIALS AS PROVIDED BY THE MANUFACTURERS 8 TABLE 3. MEAN VALUE (N) AND STANDARD DEVIATION 11 TABLE 4. SUMMARY OF ONE WAY ANOVA ANALYSIS OF FRACTURE LOAD OF VENEER PORCELAIN 12 ii
국문요약 지르코니아 - 세라믹크라운의파절하중비교 지르코니아수복물제작시코어와전장도재의열팽창계수가차이가있어야한다는생각이널리알려져왔다. 최근열팽창계수가없을때오히려미세인장강도가높았다는보고가있어물리적성질이우수하지만열팽창계수차이가적기때문에사용되지못하였던 lithium disilicate glass ceramic의전장도재로써의임상적용가능성을알아보고자하였다. 기저부가직경 8mm 높이 10mm의원기둥이고총수렴각이 10도인 5mm 높이의지대주를가진황동주모형을 30개제작하였다. 제작된금속주모형위에두께 0.7mm, 내면간격 40 μ m을부여하여, CAD/CAM 시스템으로절삭한 IPS e.max ZirCAD 코어 20개와 T-3로만든코어 10개를제작하였다. 제작된 IPS e.max ZirCAD 코어위에 IPS e.max Press (EP), IPS e.max ZirPress (ZP) 를, T-3 코어위에 VM9(VM) 으로각 10개씩비니어링하고그두께를모두 1.0mm 로하였다. 각코어의내면을 50 μ m alumina particle로 airabrasion 하고레진시멘트 (Duo-link) 로접착하였다. 접착된모든시편을항온기에넣어 37 의증류수에서 24시간보관한후, 열순환기에서 5 와 55 에서유지시간 30초변환시간 6초로 10,000회열순환을시행하였다. 열순환을마친시편을 universal testing machine(instron,usa) 을이용하여 cross head speed 0.5mm/min로주모형장축의평행방향으로힘을가하여파절하중을측정하였다. delamination이나 chipping이일어나는순간까지힘을가하여그수치를기록하였다. 수집된자료는신뢰구간 95% 수준으로 one-way ANOVA test 를시행하였고, Scheffe test로사후검정하여다음과같은결과를얻었다. iii
1. EP 군, ZP 군, VM 군의평균파절하중은각각 1650.12 N, 1183.55N, 2621.21 N 이었고표준편차는각각 566.05 N, 152.88 N, 481.96 N 이 었다. 2. EP 군은시편제작과정중시편에균열이생기는경우가많았고파절 하중수치의편차가심했다. 3. EP 군은일부시편에서 VM 군에필적하는높은파절하중을보이기도했으나, 제작과정중실패가많았고일부에서낮은파절하중을보여주어코어와전장도재사이의결합에대한추가연구가필요할것으로생각된다. 핵심되는말 : 전장도재, 열팽창계수, 열 - 가압법, 파절하중 iv
Ⅰ. 서론 뛰어난물리적성질, 심미성, 체적안정성, 생체친화성등의장점때문에 최근 10 년동안지르코니아의임상적이용이많이늘어나고있다 1 초기에 전치부싱글크라운에한정되었던적응증이구치부고정성보철물 (FPD) 에 이르기까지확대되고, 기존의금속도재보철물은물론여러기존의전부 도재보철물까지점차대체하고있는실정이다. 2 지르코니아는고유의특성때문에흔히 computer aided design and computer aided manufacturing (CAD/CAM) 을이용하여코어를제작한다. 자동적으로지대치의형태를스캔하여지르코니아를밀링하게되는데, 이로인해향상된물성과정밀한변연적합도를신뢰성있고효율적으로얻을수있다. 3, 4 CAD/CAM 기술로인해시간과노력을덜수있음과동시에기공오차를줄임으로써수작업에의한제작및기공과정에서발생하는부적절한영향이획기적으로감소되고 5 비용절감의효과도있다. 6 완성된코어위에도재를올려서보철물을완성하기위해서는크게 3 가지방법이이용된다. 코어위에전장도재를직접올리는축성법, CAD/CAM 으로제작된 veneering cap 을코어위에올려소결하는방법, 열-가압하는방법 등이그것이다. 7 그중열 - 가압법은지르코니아코어위에직접해부학적 형태로납원형조각하고매몰, 소환후 ceramic ingot 을가압하여완성한다. 이방법은여러단계의소성과정을생략함으로써소요시간이짧고단순하며기포를감소시켜구조적완전성과내구성을향상시키고굴곡강도를증가시킨다. 8, 9 이로인해성공률이 95.2% 에이른다는보고도있다. 10 최근에는동일한지르코니아코어에직접축성한경우보다열-가압했을때코어와전장도재사이의결합력이더높다는연구도있다. 11 1
그러나이러한제작과정의개선및발전에도불구하고여전히지르코니아 수복에서합병증들이보고되고있는데전장도재의 chipping, 코어의파절, 유지력의상실등이다. 12 이중에서가장흔하게발생하는합병증은전장 도재의 delamination 혹은 chipping 인데 13, 14 싱글 크라운과고정성보철물 모두에서발생하며주로 cohesive failure 의형태로나타낸다. Sailer 등은 지르코니아수복 3 년후 13%, 5 년후 15.2% 에서 chipping 이발생한다고 보고했고 14, 15 최근에 이루어진연구에서도 3 년후 9.5%, 5 년후 36% 로 16, 17 보고되는것으로보아여전히쉽게해결되지않고있음을알수있다. 그원인으로는전장도재의낮은강도, 지르코니아코어와전장도재간 부적절한열팽창계수차이, 적절하지못한코어디자인, 전장도재의부족한 젖음성등을들수있다. 18 chipping 이발생한부위가작은경우해당부위를 활택하거나 composite resin 으로수정할수있지만광범위한경우에는보철물의재제작을의미하는것이므로중대한문제이다. 12 Chipping 이나 delamination 은적절한 framework design, 전장도재의두께조절, cooling rate 의조절등을통해서도최소화할수있다고알려져 있는데 19, 보다물리적성질이우수한전장도재를사용하여파절을방지할 수도있을것이다. 20 통상적으로지르코니아수복물에사용되는전장도재의 굴곡강도는 100 MPa 정도인데, 21 열 - 가압법으로코어제작에이용되는 lithium disilicate glass ceramic 은약 400 MPa 정도로강해기존의전장 도재를이용하는것보다 chipping 에대한저항성이더높을것으로 여겨진다. 22 코어와전장도재사이의열팽창계수차이가소성후의 delamination 혹은 chipping 의발생에중요한역할을하는데 19 이는지르코니아코어와전장 도재사이의결합력이지르코니아수복보철물에서가장취약한부분중의 하나이기때문이다. 22 지금까지의지르코니아수복물은제작과정에서전장 도재의열팽창계수를지르코니아코어의열팽창계수보다약간낮게하여두 2
재료를결합시킨다. 이때두재료사이에잔류응력이만들어지게되는데 이응력은압축력으로작용하여코어과전장도재사이에강한결합을이루게 하고이는적당한열팽창계수차이가있을때가능하다고알려져있다. 23 그런데 lithium disilicate glass ceramic 의열팽창계수는코어재료와 열팽창계수차이가거의없어오히려 delamination 과같은문제가유발될것이우려되어사용되지못하였다. 18 최근 Aboushelib 등은지르코니아와전장도재사이의열팽창계수차이가거의없는경우가전장도재의열팽창계수가코어의그것보다낮은경우보다더높은미세인장결합강도를보인다고하였다. 이는지르코니아코어와전장도재사이의열팽창계수차이가크면두재료사이의압축력이오히려계면에서초기응력으로작용하여 chipping 의가능성을높이기때문이므로 가능하면최소화해야할것을주장했다. 21 이결과에주목하여, 열팽창계수 차이가크지않은경우에서지르코니아코핑과전장도재간더높은결합력을보인다면높은굴곡강도를가진 lithium disilicate glass ceramic 의사용으로 chipping 을획기적으로줄일수있을것이라생각하였다. 본연구의목적은높은굴곡강도를지니는 lithium disilicate glass ceramic 을 IPS e.max ZirCAD 로제작한코핑위에열 - 가압법으로 veneering 하고동일한규격, 동일한방법으로 IPS e.max ZirCAD 전용 ceramic ingot 인 IPS e.max ZirPress 로 veneering 한경우와일반적인 PFM 크라운으로제작한경우와의파절하중비교를해보고자한다. 이를통해전장도재로서의 lithium disilicate glass ceramic 의임상적적용가능성을알아보고자한다. 3
Ⅱ. 재료및방법 1. 연구재료 가. 금속주모형제작 기저부는직경 8mm, 높이 10mm 의원기둥형태이고, 지대주는 5mm 높이와총수렴각 10 도를가진 brass model 를기계절삭을통해제작하였다. 변연형태에따른내면오차의영향을최소화하기위하여 0.7mm 너비의 chamfer 로변연을설정하였고, 기계적응력의집중을피하기위하여상부의모서리를둥글게하였다. 이와같은동일한형태로총 30 개의모델을준비하였다. (Fig.1) Fig.1 schematic diagram of master model 4
나. 코핑제작 제작된주모형을스캐너 (InEos Blue,Sirona,Bensheim,Germany) 로스캔하여지르코니아코어를제작하였다. 전체두께를 0.7mm 로하되협측교두부위만 1.5mm 가되게하고내면 cement space 는변연마진에서 15μm 떨어진지점에서부터모두 40μm 로설정했다. (Fig.2) zirconium oxide block 인 IPS e.max ZirCAD (MO 0, Ivoclar-Vivadent, Liechtenstein) 를밀링기계 (InLab MCXL, Sirona. Bensheim,Germany) 로 절삭하고, 용이한실험을위해코핑이 brass model 의기저부에서자연스럽게 이어지는출현윤곽을이룰수있도록변연부위를조정하였다. 그후전용 퍼니스기계 (InFire HTC, Sirona) 에서소결하여총 20 개의코어를 제작하였다. 동일한형태의금속코어를제작하기위하여 brass model 을중간점주도 실리콘인상재 (Aquasil Ultra LV&XLV, Dentsply Caulk, Midfold, DE, USA) 로제조사의지시대로 5 분동안중합하여인상채득하고작업모델을 제작하였다. 경화가완료된작업모델에 die spacer 로내면 cement space 를 40μm 으로부여하고통상적인방법으로코어 (T-3, Ticonium, NY, USA) 를제작하였다. 고점주도실리콘인상재 (Aquasil soft putty, Dentsply Caulk, Midfold, DE, USA) 를제조사의지시대로혼합하여, brass 모델에이미제작된지르코니아코어를 seating 한상태에서위에서부터적용하여중합시킨후납원형조각시 index 로사용함으로써동일한형태의코어를얻을수있도록하였다. 이런과정을반복하여총 10 개의금속코어를제작하였다.(Table 1) 5
Fig.2 coping design details Table 1. Properties of core materials as provided by the manufacturers Coping material (Manufacturer) CTE (10-6 /K) Flexural Strength (MPa) EP ZP VM IPS e.max ZirCAD ( Ivoclar Vivadent, n=10) IPS e.max ZirCAD ( Ivoclar Vivadent, n=10) T-3 (Ticonium, n=10) 10.8 900 10.8 900 14.4 784 6
다. 전장도재제작과실험군설정 코어로사용된 IPS e.max ZirCAD 는 Yttrium-stabilized zirconium oxide block 으로열팽창계수는약 10.8 이고굴곡강도는 900 MPa 이다. IPS e.max Press 는주성분이 lithium disilicate 인 glass ceramic ingot 으로서열팽창계수는약 10.2 굴곡강도는 400 MPa 이고, IPS e.max ZirPress 는 IPS e.max ZirCAD 전용 ceramic ingot 으로 fluorapatite 가주성분이며 9.8 의열팽창계수와 110 MPa 의굴곡강도를지닌다. PFM 크라운의전장도재로사용된 VM9 은열팽창계수약 8.8-9.2, 굴곡강도 96 MPa 의수치를보인다. (Table 2) 제작된코어에균일하게 1.0 mm 의전장도재를 veneering 하였다 10 개의 IPS e.max ZirCAD 에 IPS e.max Press(LT A2, Ivoclar-Vivadent, Liechtenstein) 로 veneering 하여 EP 군, 10 개의 IPS e.max ZirCAD 에 IPS e.max ZirPress(LT A2, Ivoclar-Vivadent, Liechtenstein) 로 veneering 하여 ZP 군이라하고, 마지막으로 T-3 에 Vita VM9(VITA, AZ, USA) 으로하고 VM 군이라한다. Veneering 에앞서 EP 군과 ZP 군은 IPS e.max ZirPress 전용 liner 인 IPS e.max Ceram ZirLiner (Ivoclar-Vivadent, Liechtenstein) 를적용한후 소성하고그위에전장도재를열 - 가압하였다. EP 군과 ZP 군은전용 press parameter 인 Programat EP 5000 (Ivoclar- Vivadent, Liechtenstein) 을사용하여제조사의지시대로 pressing 하였고 VM 군도제조사의지시에따라 veneering 하였다. 7
Table 2. Properties of veneering materials as provided by the manufacturers Material Manufacturer CTE (10-6 /K) Flexural Strength(MPa) IPS e.max Press Ivoclar Vivadent 10.2 400 IPS e.max ZirPress Ivoclar Vivadent 9.8 110 VM9 Vita Zahnfabrik 8.8-9.2 96 IPS e.max Ceram Zirliner Ivoclar Vivadent 9.8 90 2. 연구방법 가. 시편의합착 각시편의내면은 air abrasion (RondoFlex, Kavo) 을시행하였다. 50μm aluminum oxide 를이용하였고 2 bar 의압력으로접착부표면의 수직방향으로부터 10mm 거리에서 15 초간이루어졌다. 수세하고건조한 후 composite luting cement 인 Duolink (Bisco, IL, USA) 를제조사지시대로혼합하여시편에적용하였다. 상온에서합착하고여분의시멘트를브러시로제거한후 10kg 의힘을지속적으로가하면서협면, 설면, 근심면, 원심면의각면에서 40 초씩광중합한후 7 분간그상태를유지시켜중합이이루어지게했다. 8
나. 시편의보관과열순환 접착된모든시편은레진시멘트의수화와그에따른체적변화의영향을제거하기위해 37 증류수에서 24 시간동안보관하였다. 그후에열팽창계수차이에따른코핑과전장도재사이계면의결합에영향을주고구강내와유사한환경을재현하기위하여열순환기 (KD-TCS 30, Kwang-duk F.A.,Korea) 로 5 와 55 에서유지시간 30 초변환시간 6 초로 10,000 회열순환을시행하였다. 다. 파절하중측정 열순환까지마친시편을 universal testing machine (4465 Instron, USA) 을 이용하여 crosshead speed 0.5mm/min 로파절하중을측정하였다. 동일한 부위에힘이가해질수있도록시편의교합면정중앙에마킹을한후그지점에 device 가위치될수있도록하였다. delamination 이나 crack 이일어나는순간까지힘을가하여그수치를기록하고파괴양상을분석하였다. (Fig.3) 9
Fig.3 Universal Testing Machine 라. 통계분석 기록된수치들은 PASW/WIN ver 18.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 를 사용하여분석하였다. 실험군간차이를평가하기위해신뢰구간 95% 수준으로 one-way ANOVA test 를시행하였고, Scheffe test 로사후 검정하였다.. 10
Ⅲ. 결과 실험을위한시편제작과정중에 IPS e.max Press 로 veneering 한 EP 군의시편제작이쉽지않았다. 10년이상의경력의기공사가제조사의지시대로제작했음에도열-가압과정중혹은열-가압후상온으로냉각중에수복물전체적으로균열이발생하였다. 17개의제작시도중 7개가실패한후 10개의시편을준비할수있었다. 1. 파절하중측정결과 실험결과 IPS e.max ZirCAD 에 IPS e.max Press 로 veneering 한 EP 군의평균파절하중은 1650.12 N, 동일한코어에 IPS e.max ZirPress 로 veneering 한 ZP 군은 1183.55 N 이었고, 금속코어에 Vita VM9 으로한 VM 군은 2621.21 N 이었다. (Table 3, Fig. 4) Table 3. Mean value (N) and standard deviation N Mean SD EP 10 1650.12 a 566.05 ZP 10 1183.55 a 152.88 VM 10 2621.21 b 481.96 Different superscript letters indicate group that are statistically different, P <.05 11
Fig.4 Bar graph indicating mean value of fracture load of veneer porcelain One-way ANOVA test 에서 EP 군은 ZP 군보다는평균값이높으나유의성있는차이는아니었고표준편차가큰양상을보였다. VM 군은다른군들보다유의성있는큰수치를보였다. (Table 4) Scheffe 검정에서도동일한결과를보였다. Table 4. Summary of one way ANOVA analysis of fracture load of veneer porcelain (P<0.05) Sum of squares df Mean Square F P 집단 - 간 112021.434 2 56010.717 28.013.000 집단 - 내 53985.658 27 1999.469 합계 166007.092 29 12
2. 시편의파절양상관찰 EP 군과 ZP 군의경우에서는대부분 cohesive failure 와 adhesive failure 가혼재된 mixed failure의양상을보였다. 그런데 EP 군시편중일부에서는전장도재가큰면적으로떨어져나가지르코니아코어가많이노출되어 adhesive failure에가까운파절면양상을보였다. (Fig. 5-a,b) VM 군에서는표면에서 crack 만일어난경우, cohesive failure 인경우, mixed failure 인경우가다양하게나타났다. (Fig. 5-c) a) EP b) ZP c) VM Fig.5. An example photo of fractured aspect of (a) EP group, (b) ZP group, (c) VM group 13
Ⅳ. 고찰 여러임상연구를통해지르코니아수복물은 5 년동안 97.8% 이상의 성공률을보이고있으나, chipping 은작게는 9.5% 에서많게는 36% 로높은 발생률을보이고있다. 14-17 Zeynep 등은지르코니아수복물에서의 chipping 은 전장도재의부적절한물성에서기인한다고하였다. 24 따라서지르코니아 코어위에물리적성질이뛰어난전장도재가존재하게된다면지르코니아수복물의 chipping을줄일수있다고생각할수있다. 전장과정에서전장도재에발생하는압축력은전장도재를강화시키고파절강도를증진시키는데, 이는지르코니아코어와전장도재간열팽창 계수차이가존재할때가능하다고알려져있으며, 25 Guess 등은열팽창계수 차이가 0.75-1.70 의범위에있을때코어와전장도재사이에안정적인 결합이이루어진다고하였다. 26 최근에 Aboushelib 등은코어와전장도재 간열팽창계수차이가없는경우가계면에서의예비응력을방지할수있어 오히려미세인장결합강도가더높았다고보고하였다. 27 IPS e.max Press 는 lithium disilicate 도재로재료자체의물리적성질은우수하지만지르코니아와열팽창계수차이가거의없어지르코니아의전장도재로는사용을하지않고있었다. 보고된대로열팽창계수차이가없는경우에지르코니아와전장도재간결합강도가문제가되지않는다면보다파절강도가높은 IPS e.max Press를지르코니아의전장도재로사용한다면 chipping의발생빈도를감소시킬수있을것이라여겨진다. VM 군은전통적인방법으로제작된금속-도재관군으로 3가지실험군중, 가장높은파절하중을나타냈는데두번째로파절하중수치가높았던 EP 군의경우보다 40% 이상높은수치를보여주었다. 금속-도재관은투광성결여로변연부치은이어둡게보이는등의문제때문에심미성이매우 14
요구되는부위에서사용이제한되기도하지만높은강도가요구되는부위에서는아직도가장많이이용되고있는수복재료중하나이다. 12 경제적인관점에서지르코니아수복물에비해비용이저렴한장점도있다. IPS e.max ZirPress로 veneering 한 ZP군은평균파절하중값이가장낮은수치를보였지만나머지두군과비교시표준편차가적은일정한수치를보여주었다. 이는임상에서예측가능한적용및치료가가능함을의미한다. 약 1183N 의평균파절하중을보여주고있는데, 여러연구를통해알려진구치부최대저작력이 150N에서 878N 임을고려했을때충분한강도를 28, 29 지녔다고할수있다. 현재 지르코니아코어상부에사용되는전장 도재로서전치부싱글크라운뿐만아니라구치부고정성보철물에 30, 31 이르기까지광범위하게이용되고있다. IPS e.max Press 로 veneering 한 EP 군은평균파절하중으로는두번째로 높은값을보였으나, 약 566N 의큰표준편차를보였다. 일부시편들에서는 VM 군과필적할만한높은파절하중을보여주었지만일부시편들은 1100N 정도의하중에서파절되어일관된방향성을보여주지못하였다. 시편의 파절면이다른두군과비교하여 adhesive failure 의양상이두드러졌던 것으로보아지르코니아코어과전장도재사이의불완전한결합때문인 것으로생각된다. 또코어설계에서부터 IPS e.max Ceram Zirliner 적용한것을제외하고는 제조사의지시에따라제작했으나, IPS e.max Press 를사용한시편은열 - 가압 후냉각되는과정중에균열이발생하여실패를한경우가많았다. 총 17 개 중 7 개가실패하여 10 개의시편을얻을수있었다. (Fig.6) Aboushelib 등은 이장재적용시기포와구조적결함의개재가능성을제기했고, 32 Swain 은 냉각시열수축차이에의해각구성요소간계면응력과같은인자들이 복합적으로작용한다하였다. 19 그리고도재는제조와수복물준비과정에서 다양한크기의결함이자연발생적으로생성되는데, 33 이런표준화되지않은 15
요인들이고온에서냉각되는과정에서다른요인들과함께작용하여제작 중인시편의실패를야기하고완성된시편의코어와전장도재사이의결합에 영향을미친것으로보인다. Fig. 6 Cracked EP group specimens during processing EP군의제작과정중의실패와파절하중실험결과는지르코니아코어와전장도재사이의결합이불완전함을나타내고있다. 그이유에대해추측해보면다음과같다. 첫째, 이장재에의한결합실패가능성이다. 이장재는원래코어의불투명한색을가리고코어과전장도재간균일한결합을증진시키기위해사용한다. 그런데 Aboushelib는이장재가두물질사이에개재되는것이지르코니아와전장도재의결합에좋지않은영향을미치며특히열-가압법을사용할때더 유해하다고하였다. 22 EP 군과 ZP 군에사용된 IPS e.max ZirLiner 도제조사의 설명에따르면쉐이드와형광성부여및결합의향상을위해사용된다고하는데, 유해한작용을최소화하면서효과를증진시키기위해 IPS e.max Zirpress에맞게최적화가되어있지않을까생각한다. 즉지르코니아코어와 IPS e.max Zirpress 간열팽창계수차이에적절한열팽창계수를갖도록 16
제작되었기때문에 IPS e.max Press와의결합에도움이되지않거나오히려결합에방해를줄수도있었을것이다. 둘째, cooling rate 차이에의한 crack 가능성이다. IPS e.max Press 의경우엔 100-500 C 에서의열팽창계수가 10.5로 100-400 C에서의 10.2와차이가크다. 같은조건에서 0.1의차이가나는 IPS e.max ZirPress, 차이가나지않는 IPS e.max ZirCAD와는다른열적특성을가진다고할수있다. 이는열전도성과도관련이되는데온도가올라감에따라급격하게온도가올라가고냉각시에도빠른속도로내려감을뜻한다. 열전도율의문제로만설명할수는없지만, 열-가압과정후냉각시내부와외부물질사이의냉각속도의차이에의해계면에서잔류응력이발생하게되고이것이균열을유발했을수도있다. 19 셋째, 열팽창계수차이가적기때문일가능성이다. IPS e.max ZirCAD 와 IPS e.max ZirPress 는열팽창계수가각각 10.8과 9.8로약 9% 정도의차이가나지만, IPS e.max Press 는 100-400 C 에서는 10.2, 100-500 C 에서는 10.5로그차이가다른전장도재에비해적다. Aboushelib 등은코어와전장도재간열팽창계수차이가가능한한최소가되어야한다고했는데해당 연구에서는시편을우선디스크형태로제작하여실험을하였다. 20 디스크 형태는소성후냉각시내부와외부가균일하게냉각되는양상을띠게된다. 19 반면본실험에서는치관의형태로시편이 제작되었으므로디스크형태의 시편보다는열팽창계수의영향을더받을것이라고추측해볼수있다. 34 따라서이전연구들에서와같이지르코니아코어와전장도재사이의열팽창계수차이에의한압축력이두물질사이의결합에중요한역할을하는것일수도있다. EP 군이 ZP 군이나 VM 군에비해 Adhesive failure 양상이두드러졌던것도코어와전장도재사이결합이낮다는것을보여준다. 최근 Beuer 등은 IPS e.max ZirCAD 위에 IPS e.max CAD로제작한전장도재를특수결합도재를이용하여소결을통해결합시킨경우, IPS e.max 17
Ceram 과 IPS e.max ZirPress 로전장한것보다파절하중이크다고보고한바 있다. 7 코어와전장도재사이에특수한결합도재가개재되어두물질의 결합을이루게하기때문에본연구결과와직접적으로관련지어비교하기는어렵다. 하지만 lithium disilicate로이루어진 veneering cap의변형이나파괴를방지하기위하여, IPS e.max ZirCAD (CTE=10.8) 와 IPS e.max CAD (CTE=10.2) 사이에적용되는결합도재의열팽창계수 (CTE=9.5) 와소성온도를고려한듯하다. 7 파절하중은실험방법과조건에따라 630 N에서 2000 N 에이르기까지 다양한수치를보이고있다. 35-37 파절하중값은지지모형의탄성계수, 표면 거칠기, 시멘트의특성, 지대치형태, 하중이가해지는위치및방향등의 다양한변수에의해영향을받게된다. 38-40 따라서대부분의파절하중에 대한연구결과는상대적인수치에더의미를두고있다. 본연구에서시편을지지하는모형으로황동모델을사용하였다자연치는 낮은파절강도를가지고있어황동모델과응력분포양상이동일하지 않다. 38 그럼에도불구하고이를사용한것은지대주부위의수렴각과피니시 라인등의변수를정확히조절제어하고, 파절하중측정시강한하중으로인한모델의파절을방지하기위함이었다. 그러나황동모델이자연치의상아질탄성계수 (E=18.3 Gpa) 보다높은탄성계수 (E=72.5 Gpa) 를가지고있었기에상대적으로더높은파절하중값에영향을미쳤을것이다. 38 시편들은복합레진시멘트인 Duolink로접착하였다. 전부도재관에레진시멘트로접착할경우 ZPC와 GIC를사용했을때보다유지력이높고파절강도가증가한다 41. 실험을통해증명되었을뿐, 정확한기전은알려져있지않지만레진시멘트의강한물리적성질이파절저항을높이고, 본딩레진이 내부표면으로부터균열을방지하는데일조하기때문인듯하다. 42 하지만 시편을모델에접착하는것은치아에접착했을때와표면상태가다르기 때문에이차이가실험결과에영향을주었을것이라생각한다. 18
모델의교합면부위를평평하게하고그위에코어와전장도재를균일한두께로올린후하중이가해지게하였다. 이는실험에서시편에하중을가할때마다동일한부위에하중을가함으로써반복적인재현성과정확성을이루고, 각기다른코어와전장도재의조합에따른비교를용이하게하고자 한것이다. 43 이전연구에서교합면을단순하게함으로써적은표준편차를 보였다는결과를보여주기도하였다 44. 물론해부학적구조를가진자연치에서와는응력분산과파절유형이다를수있고, 측방력이고려되어있지않은순수수직력에의한결과라는한계를가지고있다. 43 또파절은연성파절과취성파절로나누어생각해볼수있다. 연성파절은재료가충분히소성변형을일으켜외부형상이변화된후에일어나는파절로균열전파속도가늦어재료를파절시키는데상당한에너지가필요하다. 반면에취성파절은탄성한계이상의힘을가하면시편의형상에거의변형을일으키지않고, 빠른속도로균열이전파되어인장응력이작용하는 방향에수직방향으로파절이일어난다. 45 금속도재관이전부도재관과 비교하여코어와전장도재모두물리적성질이상대적으로떨어짐에도높은파절하중을보이는것은금속코어가취성이더낮기때문에연성파절과정을통해더큰하중에저항했던것으로생각된다. 결국우수한물리적성질로인해전장도재의파절을방지할수있을것이라고기대되었던 IPS e.max Press의적용은불완전한결합에의한문제가발생하여추가적인연구가필요할것같다. Swain 등은열-가압후에천천히냉각시켜냉각속도차이에따른응력발생을최소화할것을제안하고 있으며, 19 전용이장재나전용결합도재와같이코어와전장도재사이의 열팽창계수차이를고려한물질을개발하거나두물질간냉각속도를조절하는프로토콜을개발하는것이방법이될수있을것같다. 이런노력들이효과가있다면 PFM과유사한강도를지니면서여타전부도재관수복물과같이심미적시스템이될수있을것이다. 19
시편의수가군당 10개로많지않았기때문에좀더신뢰할만한데이터를얻어정확한분석통해일반화하기는어렵다. 이장재를적용하지않은군을추가하거나유사한열팽창계수를가지는다른전장도재로열-가압한군을더하는등조금더실험군을세분화하고시편수를늘려실험에임한다면여러변수에따른더정확한연구가가능할것같다. 연구의목적에따라시편의형태가설계되었고실험과정상임상상황을정확히재현할수없는한계도있었다. 따라서 chewing simulator 등의장비를이용하여반복적인운동에따른파절저항및양상과같은여러상황에서의비교가이루어진다면더욱의미가있는연구가될수있을것같다. 20
Ⅴ. 결론 본연구에서는강한굴곡강도를지니고있지만열팽창계수가지르코니아의그것과차이가크지않아임상적으로사용되지않던 lithium disilicate 도재를지르코니아코어에전장도재로적용하는가능성을실험하였다. IPS e.max ZirCAD 로제작한코핑위에 lithium disilicate 인 IPS e.max Press(EP) 와 fluoroapatite 장석도재인 IPS e.max ZirPress(ZP) 를열- 가압법으로전장하고동일한규격으로일반적인금속-도재관 (VM) 을각군당 10 개씩제작하였다. 레진시멘트를이용하여합착후 24 시간동안증류수에서 보관하고열순환 10,000 회를시행하였다. 만능시험기를이용하여시편의 장축방향으로하중을가하여도재의파절이발생하는파절하중을측정하여 다음과같은결과를얻었다. 1. EP 군, ZP 군, VM 군의평균파절하중은각각 1650.12 N, 1183.55 N, 2621.21N 이었고표준편차는각각 566.05 N, 152.88 N, 481.96 N 이었다 2. EP 군은시편제작과정중시편에균열이생기는경우가많았고파절 하중수치의편차가심했다. 3. EP 군은일부시편에서 VM 군에필적하는높은파절하중을보이기도했으나, 제작과정중실패가많았고일부에서낮은파절하중을보여주어코어와전장도재사이의결합에대한추가연구가필요할것으로생각된다. 21
참고문헌 1. Guazzato M, Albakry M, Ringer SP, Swain MV. Strength, fracture toughness and microstructure of a selection of all-ceramic materials. Part II. Zirconia-based dental ceramics. Dent Mater 2004;20(5):449-56. 2. Tinschert J, Natt G, Mautsch W, Augthun M, Spiekermann H. Fracture resistance of lithium disilicate-, alumina-, and zirconia-based three-unit fixed partial dentures: a laboratory study. Int J Prosthodont 2001;14(3):231-8. 3. Kokubo Y, Tsumita M, Sakurai S, Torizuka K, Vult von Steyern P, Fukushima S. The effect of core framework designs on the fracture loads of all-ceramic fixed partial dentures on posterior implants. J Oral Rehabil 2007;34(7):503-7. 4. Kunii J, Hotta Y, Tamaki Y, Ozawa A, Kobayashi Y, Fujishima A, et al. Effect of sintering on the marginal and internal fit of CAD/CAM-fabricated zirconia frameworks. Dent Mater J 2007;26(6):820-6. 5. Vlaar ST, van der Zel JM. Accuracy of dental digitizers. Int Dent J 2006;56(5):301-9. 6. Poss S. CAD/CAM restorations: aesthetic all-ceramics, predictable fit. Dent Today 2007;26(2):86, 88. 7. Beuer F, Schweiger J, Eichberger M, Kappert HF, Gernet W, Edelhoff D. Highstrength CAD/CAM-fabricated veneering material sintered to zirconia copings--a new fabrication mode for all-ceramic restorations. Dent Mater 2009;25(1):121-8. 8. Gorman CM, McDevitt WE, Hill RG. Comparison of two heat-pressed allceramic dental materials. Dent Mater 2000;16(6):389-95. 9. Aboushelib MN, Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Microtensile bond strength of different components of core veneered all-ceramic restorations. Part 3: double veneer technique. J Prosthodont 2008;17(1):9-13. 10. Beuer F, Edelhoff D, Gernet W, Sorensen JA. Three-year clinical prospective evaluation of zirconia-based posterior fixed dental prostheses (FDPs). Clin Oral Investig 2009;13(4):445-51. 22
11. Aboushelib MN, Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Effect of zirconia type on its bond strength with different veneer ceramics. J Prosthodont 2008;17(5):401-8. 12. Zarone F, Russo S, Sorrentino R. From porcelain-fused-to-metal to zirconia: clinical and experimental considerations. Dent Mater 2011;27(1):83-96. 13. Della Bona A, Kelly JR. The clinical success of all-ceramic restorations. J Am Dent Assoc 2008;139 Suppl:8S-13S. 14. Sailer I, Feher A, Filser F, Luthy H, Gauckler LJ, Scharer P, et al. Prospective clinical study of zirconia posterior fixed partial dentures: 3-year follow-up. Quintessence Int 2006;37(9):685-93. 15. Sailer I, Feher A, Filser F, Gauckler LJ, Luthy H, Hammerle CH. Five-year clinical results of zirconia frameworks for posterior fixed partial dentures. Int J Prosthodont 2007;20(4):383-8. 16. Edelhoff D, Florian B, Florian W, Johnen C. HIP zirconia fixed partial dentures-- clinical results after 3 years of clinical service. Quintessence Int 2008;39(6):459-71. 17. Molin MK, Karlsson SL. Five-year clinical prospective evaluation of zirconiabased Denzir 3-unit FPDs. Int J Prosthodont 2008;21(3):223-7. 18. De Jager N, Pallav P, Feilzer AJ. The influence of design parameters on the FEAdetermined stress distribution in CAD-CAM produced all-ceramic dental crowns. Dent Mater 2005;21(3):242-51. 19. Swain MV. Unstable cracking (chipping) of veneering porcelain on all-ceramic dental crowns and fixed partial dentures. Acta Biomater 2009;5(5):1668-77. 20. Aboushelib MN, Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Microtensile bond strength of different components of core veneered all-ceramic restorations. Part II: Zirconia veneering ceramics. Dent Mater 2006;22(9):857-63. 21. Fischer J, Stawarczyk B, Hammerle CH. Flexural strength of veneering ceramics for zirconia. J Dent 2008;36(5):316-21. 22. Holand W, Schweiger M, Frank M, Rheinberger V. A comparison of the microstructure and properties of the IPS Empress 2 and the IPS Empress glassceramics. J Biomed Mater Res 2000;53(4):297-303. 23
23. Anusavice KJ, DeHoff PH, Hojjatie B, Gray A. Influence of tempering and contraction mismatch on crack development in ceramic surfaces. J Dent Res 1989;68(7):1182-7. 24. Ozkurt Z, Kazazoglu E, Unal A. In vitro evaluation of shear bond strength of veneering ceramics to zirconia. Dent Mater J 2010;29(2):138-46. 25. Bagby M, Marshall SJ, Marshall GW, Jr. Metal ceramic compatibility: a review of the literature. J Prosthet Dent 1990;63(1):21-5. 26. Guess PC, Kulis A, Witkowski S, Wolkewitz M, Zhang Y, Strub JR. Shear bond strengths between different zirconia cores and veneering ceramics and their susceptibility to thermocycling. Dent Mater 2008;24(11):1556-67. 27. Aboushelib MN, de Jager N, Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Microtensile bond strength of different components of core veneered all-ceramic restorations. Dent Mater 2005;21(10):984-91. 28. Deng Y, Lawn BR, Lloyd IK. Characterization of damage modes in dental ceramic bilayer structures. J Biomed Mater Res 2002;63(2):137-45. 29. Ferrario VF, Sforza C, Zanotti G, Tartaglia GM. Maximal bite forces in healthy young adults as predicted by surface electromyography. J Dent 2004;32(6):451-7. 30. Probster L. Compressive strength of two modern all-ceramic crowns. Int J Prosthodont 1992;5(5):409-14. 31. Rinke S, Margraf G, Jahn L, Huls A. [The quality appraisal of copy-milled complete-ceramic crown structures (Celay/In-Ceram)]. Schweiz Monatsschr Zahnmed 1994;104(12):1495-9. 32. Aboushelib MN, de Kler M, van der Zel JM, Feilzer AJ. Effect of veneering method on the fracture and bond strength of bilayered zirconia restorations. Int J Prosthodont 2008;21(3):237-40. 33. Guazzato M, Walton TR, Franklin W, Davis G, Bohl C, Klineberg I. Influence of thickness and cooling rate on development of spontaneous cracks in porcelain/zirconia structures. Aust Dent J 2010;55(3):306-10. 34. McLean JW. Dr. John W. McLean discusses the pros and cons of today's ceramic materials and new directions. Quintessence Dent Technol 1983;7(7):443-7. 24
35. Attia A, Kern M. Fracture strength of all-ceramic crowns luted using two bonding methods. J Prosthet Dent 2004;91(3):247-52. 36. Chen HY, Hickel R, Setcos JC, Kunzelmann KH. Effects of surface finish and fatigue testing on the fracture strength of CAD-CAM and pressed-ceramic crowns. J Prosthet Dent 1999;82(4):468-75. 37. Miller A, Long J, Miller B, Cole J. Comparison of the fracture strengths of ceramometal crowns versus several all-ceramic crowns. J Prosthet Dent 1992;68(1):38-41. 38. Scherrer SS, de Rijk WG. The fracture resistance of all-ceramic crowns on supporting structures with different elastic moduli. Int J Prosthodont 1993;6(5):462-7. 39. Rosenstiel SF, Land MF, Crispin BJ. Dental luting agents: A review of the current literature. J Prosthet Dent 1998;80(3):280-301. 40. Campbell SD. A comparative strength study of metal ceramic and all-ceramic esthetic materials: modulus of rupture. J Prosthet Dent 1989;62(4):476-9. 41. Burke FJ. The effect of variations in bonding procedure on fracture resistance of dentin-bonded all-ceramic crowns. Quintessence Int 1995;26(4):293-300. 42. Rosenstiel SF, Gupta PK, Van der Sluys RA, Zimmerman MH. Strength of a dental glass-ceramic after surface coating. Dent Mater 1993;9(4):274-9. 43. Tsalouchou E, Cattell MJ, Knowles JC, Pittayachawan P, McDonald A. Fatigue and fracture properties of yttria partially stabilized zirconia crown systems. Dent Mater 2008;24(3):308-18. 44. Vult von Steyern P, Ebbesson S, Holmgren J, Haag P, Nilner K. Fracture strength of two oxide ceramic crown systems after cyclic pre-loading and thermocycling. J Oral Rehabil 2006;33(9):682-9. 45. Liu YH, Feng HL, Bao YW, Qiu Y. [Analysis of the fracture processes in allceramic crowns by finite element analysis]. Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi 2008;43(9):561-3. 25
Abstract A comparison of fracture load of zirconia-ceramic crown Park, Min-Su Dept. of Dentistry The Graduate School Yonsei University Objectives. The purpose of this study was to evaluate in vitro the fracture strength of lithium disilicate glass ceramic on zirconia core as veneering material Methods. The base of brass die for the specimen fabrication was 8 mm in diameter, 10 mm in height and 5 mm in abutment length. Thirty dies were fabricated with a total convergence angle of 10 degree and were milled by milling machine. Twenty zirconium cores were made using IPS e.max ZirCAD and CAD/CAM technology. Ten metal cores were made identical by using T-3. A sample of thirty cores were produced and divided into three groups. In the first group (EP) IPS e.max ZirCAD core received veneering with IPS e.max Press. In the second group (ZP) IPS e.max ZirPress was pressed over IPS e.max ZirCAD, and for the third group(vm) VM9 was veneered on T-3. All crowns were cemented onto their dies and then thermocycled at 5 and 55 for 10,000 cycles after being stored for 24 hours in distilled water at 37. Fracture load of specimens were measured in a universal testing machine. Static load applied with a cross head speed 0.5 mm/min parallel to axis. Data were analyzed with 1-way ANOVA followed by Scheffe test (α=.05) Results. Mean fracture loads was 1650.12 N (EP), 1183.55 N (ZP), 2621.21 N (VM), and the standard deviation were 566.05 N (EP), 152.88 N (ZP), 481.96 N 26
(VM),respectively. In the EP group, the standard deviation is higher than other groups and some of specimens were cracked during cooling after the pressing procedure. Conclusions. Lithium disilicate glass ceramic was revealed to have high mean fracture load. However, the high rate of technical problems should be reduced by further studies. Keyword : veneering material, coefficient thermal expansion, heat-pressing,fracture load 27