치과용 CAD/CAM을 이용하여 제작한 6전치 고정성 레진 수복물의 파절 강도에 관한 연구

Abstract

본 연구의 목적은 long-span 고정성 레진 수복물을 적층 및 절삭 디지털 가공 방식과 기존의 열가공 방식으로 제작하여 파절 강도를 비교, 평가해 보는 것이다. 덴티폼에서 상악 4전치를 제거한 뒤, 좌·우측 견치(#13, #23)를 너비 1 mm chamfer 마진과 절단연 2 mm 두께를 가지도록 삭제하여 6-unit 고정성 가공의치 제작을 위한 작업 모형을 준비하였다. 치과용 CAD/CAM 시스템을 이용하여 작업 모형의 스캔 데이터를 얻은 후, 지르코니아 블록(Natura M2, Dmax, Daegu, Korea)을 밀링 및 소성하여 다이를 제작하고, 파절 하중 시험의 시편 고정을 위해 제작한 맞춤형 금속 지그와 접착하여 치열궁 형태의 지대치 모형을 완성하였다. 임시 수복용 크라운은 스캔 데이터와 CAD 소프트웨어(Zirkonzahn Software, Zirkonzahn, Gais, Italy)를 이용하여, 해부학적 치아 형태로 디자인하였다. CAM 단계에서 임시 수복물을 제작하는 재료와 방법에 따라 4개의 군으로 분류하였으며 군마다 10개씩, 총 40개의 시편을 제작하였다. 적층 가공 방식 중, Stereolithography apparatus (SLA)군은 광경화 액상 레진(Tera Harz TC-80DP, Graphy, Seoul, Korea)과 SLA 3D 프린터(Sindoh A1+, Sindoh, Seoul, Korea)를 사용하여 제작하였고, liquid crystal display (LCD)군은 동일한 광경화 액상 레진과 LCD 3D 프린터(Sindoh A1SD, Sindoh, Seoul, Korea)를 이용하였다. SLA군과 LCD군은 군 간의 정밀한 비교를 위하여 적층 원리에만 차이를 둔 동일 제조사의 프린터를 사용하였고, 그 외 레진의 종류나 출력 방법 등을 통일하여 실험 조건을 표준화하였다. 절삭 가공 방식의 milling (MIL)군은 PMMA 블록(Highlight PMMA, Hasem, Daegu, Korea)과 밀링 머신(M1 Milling Unit, Zirkonzahn, Gais, Italy)을 사용하여 제작하였으며, heat-processed temporary (HPT)군은 기존의 열가공 방식으로 제작하였다. 완성된 임시 수복물과 지르코니아 다이를 임시 시멘트(Temp-bond, Kerr Corporation, Orange, CA, USA)로 합착한 후, 24시간 동안 37˚C의 증류수에 보관하였다. 만능 재료 시험기(Instron 5942, Instron Corporation, Norwood, MA, USA)를 사용하여 1.0 mm/min crosshead speed로 시편의 중심에 대하여 수직 압축 하중을 가하였으며, 파절 시 최대 하중 값(N)을 기록하고 파절 양상을 관찰하였다. 통계 분석은 SPSS for Mac (SPSS, IBM Corporation, Armonk, NY, USA)을 이용하여 Shapiro–Wilk로 정규성을 검정하고 Kruskal–Wallis 검정, Mann–Whitney U 검정 및 Bonferroni 사후 검정을 시행하였다(p <0.05). 실험 결과, 파절 하중 평균값은 MIL군(503.53 ± 32.27 N)에서 가장 높았으며, LCD군(428.32 ± 41.15 N), SLA군(249.15 ± 40.59 N), HPT군(233.54 ± 25.98 N) 순으로 감소하였다. 또한 SLA-HPT군을 제외한 모든 군 간에서 통계적으로 유의한 차이가 존재하였다(p <0.001). 파절 양상은 파절 위치에 따라 양쪽 지대치 부위, 가공치 연결 부위, 두 가지가 복합된 양상의 세 가지 유형으로 분류하였으며, SLA군과 LCD군에서는 주로 가공치 연결 부위에서, MIL군과 HPT군에서는 지대치 부위에서 파절이 시작되는 것으로 관찰되었다. HPT군의 시편은 다수의 조각으로 파절되어 쪼개지는 양상이 많이 나타난 반면, 디지털 방식으로 제작한 군들(SLA, LCD, MIL)에서는 대체적으로 단일 단면 형태의 파절 양상을 보였다. 제작 방식에 따른 long-span 고정성 레진 수복물의 파절 강도에는 차이가 존재하였으며, 디지털 방식으로 제작한 시편들에서 열가공 방식으로 제작된 시편보다 높은 파절 강도를 보였다. MIL군의 파절 하중 평균값이 가장 높았고, 3D 프린팅 군에서는 LCD군이 SLA군보다 높은 파절 저항성을 보였으며 MIL군의 파절 강도에 근접한 수준을 나타내었다. 따라서 본 연구를 바탕으로, 전악 수복 환자 등을 위한 long-span 고정성 레진 수복물의 제작에 절삭 가공 방식이 가장 유리하다고 할 수 있으며, LCD 적층 가공 방식 또한 향후 좋은 대안이 될 수 있을 것으로 사료된다.;Purpose: This study aimed to evaluate the fracture strengths of the long-span fixed provisional restorations fabricated by digital additive and subtractive techniques as well as conventional heat-processed technique. Materials and methods: After removing the four maxillary incisors from the standard dentiform, the left and right canines (#13, #23) were prepared to have a chamfer margin of 1 mm width and a thickness of 2 mm at the incisal edge to form a working model for a six-unit anterior bridge. After obtaining the scanning data of the working model using the dental CAD/CAM system, zirconia blocks (Natura M2, Dmax, Daegu, Korea) were milled and sintered to produce dies for the prosthesis. A dental arch-formed abutment model was bonded to a custom-made metal jig for fixing the specimen during the fracture load test. Six-unit anterior bridge was designed as anatomical and morphological structures using scanning data and CAD software (Zirkonzahn Software, Zirkonzahn, Gais, Italy). One bridge design STL file was used for uniform prosthesis fabrication. According to the materials used, the specimens were classified into four groups, and in total, 40 specimens were fabricated, with 10 specimens in each group. Among the additive technique groups, the specimens of the stereolithography apparatus (SLA) group were fabricated using a photosensitive liquid resin (Tera Harz TC-80DP, Graphy, Seoul, Korea) and an SLA 3D printer (Sindoh A1+, Sindoh, Seoul, Korea). The specimens of the liquid crystal display (LCD) group were fabricated using the same photosensitive liquid resin and an LCD 3D printer (Sindoh A1SD, Sindoh, Seoul, Korea). The specimens of the milling (MIL) group were fabricated using the subtractive technique using a polymethyl methacrylate (PMMA) block (Highlight PMMA, Hasem, Daegu, Korea) and a milling machine (M1 Milling Unit, Zirkonzahn, Gais, Italy). The specimens of the heat-processed temporary (HPT) group were fabricated using the conventional heat-processing technique. The completed provisional restorations were cemented to zirconia dies using temporary cement (Temp-bond, Kerr Corporation, Orange, CA, USA); these specimens were then stored in distilled water at 37°C for 24 hours. An axial compressive load was applied to the center of the specimens at 1.0 mm/min crosshead speed using a universal testing machine (Instron 5942, Instron Corporation, Norwood, MA, USA), and the maximum load values and fracture patterns were observed. Statistical analysis was performed using SPSS for Mac (SPSS, IBM Corporation, Armonk, NY, USA). Shapiro–Wilk, Kruskal–Wallis, Mann–Whitney U, and Bonferroni post hoc tests were performed(p <0.05). Results: The average fracture load value was the highest in the MIL group (503.53 ± 32.27 N), followed by the LCD group (428.32 ± 41.15 N), SLA group (249.15 ± 40.59 N), and HPT groups (233.54 ± 25.98 N). There was a statistically significant difference among all groups (p < 0.001), except for the SLA-HPT group. The fracture patterns were classified into three types according to the location of the fracture—the abutment site, the connector site, and a combination of the two. Fractures were observed to start at the connector site in the SLA and LCD groups and at the abutment site in the MIL and HPT groups. In addition, the specimens in the HPT group were fractured and fragmented into multiple pieces, whereas those in the digitally-fabricated groups (SLA, LCD, and MIL) displayed a fracture pattern in the form of a single cross-section in general. Conclusions: Digitally-fabricated long-span fixed provisional restorations exhibited higher fracture strength than those fabricated using the conventional heat-processing technique. The average fracture load value was the highest in the MIL group. Among the 3D printing groups, the LCD group demonstrated higher fracture resistance than the SLA group, with a fracture resistance level close to that of the MIL group. As a result, based on this research, it can be concluded that the subtractive technique is the most advantageous for the fabrication of long-span fixed provisional restorations for complete arch restoration patients who require long-term use, and the LCD additive technique may be a good alternative in the future.