Comparative study on the fracture strength of metal-ceramic versus composite resin veneered metal crowns in cement-retained implant supported crowns under the vertical compressive load

Abstract

Statement of problem Fracture of tooth-colored superstructure material is one of the prosthetic complications in implant-supported prostheses. Purpose The purpose of this in vitro study was to compare the fracture strength between the cement-retained implant-supported metal-ceramic crowns and the indirect composite resin-veneered metal crowns under the vertical compressive load. Material and Methods Stainless steel block (40 mm×40 mm×40 mm) was cast with embedded standard implants of external type (AVANA IFR 415 Pre-mount; Osstem Co., Korea) oriented perpendicular to the block. Customized abutments were fabricated using plastic UCLA abutments (Esthetic plastic cylinder; Osstem Co., Korea). Thirty standardized copings were fabricated and cast with non-precious metal (Rexillium Ⅲ; PENTRON, USA). Copings were divided into two groups of 15 specimens each (n = 15). For Group I specimens, metal-ceramic crowns were fabricated according to usual conventional method. For Group II specimens, composite resin-veneered (Sinfony; 3M-ESPE AG, Germany) metal crowns (Sinfony-veneered crowns) were fabricated according to the manufacturer’s instruction. All fabricated crowns were cemented on each custom-made abutment with the temporary cement (Temp-bond; Kerr, USA) and vertically loaded on the middle of the occlusal surface with an Instron universal testing machine (Instron 3366; Instron Corp., Mass., USA) at a crosshead speed of 1mm/min until fracture. The maximum load value (N) at the moment of complete failure was recorded on each specimen and all data were statistically analyzed by independent sample t-test at the significance level of 0.05. The modes of failure were also investigated with visual analysis. Results The fracture strength of Sinfony-veneered crowns (2292.7 ± 576.0 N) was significantly greater than the fracture strength of metal-ceramic crowns (1150.6 ± 268.2 N) (p < 0.05). With regard to the failure mode, Sinfony-veneered crowns exhibited adhesive failure, while metal-ceramic crowns tended to fracture in a manner that resulted in combined failure. Conclusion Sinfony-veneered crowns demonstrated a significantly higher fracture strength than that of metal-ceramic crowns in cement-retained implant-supported prostheses. Clinical implications The present study suggests that Sinfony-veneered crown could be a suitable substitute for metal-ceramic crown in implant-supported prostheses in an aspect of load bearing capacity.;임플란트지지 보철물의 상부구조에는 여러가지 재료들이 사용되어질 수 있다. 이 상부 재료들은 심미적인 면뿐만 아니라 교합압에 저항할 수 있는 충분한 강도를 가져야 한다. 그러나, 심미성을 비롯한 여러 잇점으로 인해 많이 사용되어지고 있는 금속도재관은, 도재고유의 무른 성질로인한 약한 파절저항성으로 임상적으로 보철 실패와 보철물 교체의 주된 원인중의 하나로 지적되어 왔다. 향상된 물성과 접착 방법의 발달로 인한 다양한 복합레진이 도입되어, 심미성이 요구되는 보철물에서 사용되어지고 있고, 다양한 장점이 보고되고 있다. 그런데, 이의 물리적 성질에 대한 평가가 필요함에도 불구하고, 간접형 복합레진의 임플란트유지 보철에서의 사용결과에 대한 연구는 미약한 편이다. 그래서, 도재와 비교하여 파절강도를 평가해 보는 것은 임상적 의의를 제공해 줄 것이다. 이 실험적 연구는 시멘트 유지형 임플란트보철에서, 금속도재전장관과 복합레진금속전장관 (Sinfony; 3M ESPE, Germany) 의 수직 압축하중하에서의 파절강도를 비교하고, 파절 양상 또한 관찰하였다. 이 실험적 연구를 위해, 외부육각형의 표준형 임플란트 (직경 4.0mm, 길이 15mm) 를 스테인리스 스틸 블록 (40mm×40mm×40mm) 에 수직으로 고정시킨 형태로 주조하여 시편을 제작하였다. 고정체에 직접 연결되는 지대주 (UCLA) 를 이용하여, 동일한 크기의 맞춤 지대주를 제작하였다. 30개의 금속하부 구조물 (코핑) 을 제작하고, 비귀금속 메탈로 주조했다. 제작된 코핑은 각 15개씩 두 군으로 나누었다. I 군에서는 금속도재관을 통상 방법대로 제작하였다. 제조사의 지시대로 도재 축성과 소성, 그리고 연마를 시행하였다. 제 Ⅱ 군은 복합레진금속전장관을 제조사의 지시사항대로 제작하였다. 모든 크라운은 실리콘 인상재와 켈리퍼를 이용하여, 가능한 한, 동일한 크기와 두께를 이루도록 하였다. 제작된 모든 크라운은 임시 접착제로, 고정체에 연결된 지대주에 접착하였다. 또 또한, 직경18mm의 스텐인리스 스틸볼을 주조 제작하여, 만능 시험기(Instron 3366)에 부착하였다. 크라운이 접착된 각 시편을 만능 시험기의 실험대 위에 위치시킨후, 크로스헤드 스피드를 1mm/min 으로 하여 크라운이 파절될 때 까지 교합면 중앙에 수직으로 압축 하중을 가하였다. 각 시편마다 크라운 파절 시의 최대 하중값을 측정하였다(Newton). 그리고, 윈도우용 SPSS 프로그램을 이용하여 통계처리를 하여 두 군을 비교하였다. 또한, 두 군의 파절양상도 육안으로 관찰하였다. 실험적 연구의 결과, 복합레진금속전장관 군의 파절강도가(2292.7 ± 576.0 N) 금속도재관 군(1150.6 ± 268.2 N)의 파절강도보다 훨씬 더 큰 수치를 나타냈다. 즉 두 군의 파절강도는 통계적으로 유의하게 차이를 나타냈다. (P < 0.05) 파절양상을 보면, 복합레진금속전장관은 노출된 금속면이 명확하며, 주로 레진과 금속의 경계면이 분리되는 파절양상을 보였고, 금속도재전장관은 금속과 도재의 경계면이 분리되는 양상과 함께 도재층 내부에서의 파절이 함께 일어나는 복합적인 파절양상을 보였다. 결론적으로, 임플란트유지 보철에서 복합레진금속전장관 군의 파절강도는 금속도재전장관 군의 파절강도보다 더 크게 나타났다. 도재전장관은 복합적인 파절양상을 나타냈고, 복합레진금속전장관은 금속-레진 경계면이 파절되는 양상을 주로 나타냈다. 그러므로 이 연구의 결과, 상부 보철물의 요구 조건인 하중에 견딜 수 있는 강도의 면에서 볼 때 임플란트유지 보철에서는 복합레진금속관이 금속도재관 대신에 사용하는 것이 고려된다.