[논문]지르코니아 단일구조 전부도재관의 지대치 형태에 따른 파절 강도

김원영; 홍민호

doi:10.14347/kadt.2014.36.4.231

지르코니아 단일구조 전부도재관의 지대치 형태에 따른 파절 강도
Fracture Strength Analysis of Monolithic Zirconia Ceramic by Abutment Shape 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.36 no.4, 2014년, pp.231 - 237

김원영 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 치기공학과) , 홍민호 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 치기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study was performed fracture strength test by conducted change of abutment and coping shape for suggesting monolithic all ceramic crown which has thin thickness and superior strength of the occlusal surface. Methods: The specimens on the four kinds abutment was made according to thickness of occlusal surface and angle of axis surface. And All ceramic coping specimens of 6 different kinds was made by the CAD/CAM Method. Compression strength test using the UTM and the verification of compression-stress situation using the 3D finite element method were conducted under optimum conditions. Results: 516C specimen was showed the strongest compression-fracture strength, followed by 516FR, 516F45, specimens. Did not show significant differences between 516FR and 516F45. 516C of the universal testing machine the specimen's surface that are within the vertical load is small, finite element method of a uniformly distributed load, so the value received suggests otherwise. Conclusion: In conclusion, abutments of monolithic ziconia ceramic when having a same thickness of the occlusal, as the angle of occlusal edge is small, the stress is well dispersed and it can endure well in the fracture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 최소한의 교합면 두께로 교합압을 충분히 견딜수 있는 효과적인 방법을 찾고자 연구하였다. 교합면 두께 0.
본 연구에서는 임상상황에서 많이 나타나는 교합면 두께가 적은 지대치의 전부도재관 제작 시 효과적인 강도를 얻을 수 있는 방법을 얻고자하였다. 지대치의 교합면 두께와 축면 두께, 교합면의 형태와 교합면 우각의 형태를 다르게 하여 CAD/CAM system을 이용하여 지대치의 형태와 전부도재관의 축벽 두께를 달리 한 형태로 6 종의 지르코니아 전부도재관을 제작하였다.
본 연구는 임상적으로 많이 발생되는 얇은 교합면 두께의 지르코니아 단일구조 전부도재관을 대상으로 지대치의 형태와 도재관의 두께를 달리 한 6 종의 전부도재관 시편을 제작하여 압축 파절강도를 측정하고, 동일 형태의 유한요소 모델을 이용한 3 차원 유한요소법으로 응력 분포를 관찰하였다. 이러한 분석을 통하여 단일구조 지르코니아 전부도재관 제작 시 강도를 높일 수 있는 효과적인 지대치 형태와 도재관 설계의 기초 자료로 활용하고자 한다.

가설 설정

제작된 6 종의 전부도재관 모델을 이용하여 3 차원 유한요소 분석을 실시하였다. 지대치와 전부도재관을 포함한 모든 구조물은 등방성, 균질성, 선형 탄성 재료들로 가정하였다. 제작된 시편의 역학적 요소로 지대치는 타이타늄의 탄성계수 116㎬, 푸아송비 v=0.
하중은 일반적으로 치아 하나에 받는 하중 범위에서 대구치부에 가해지는 500 N을 가정하여 수직 분포하중으로 적용하였다.

제안 방법

3 차원 유한요소 역학분석에서 응력분석을 위하여 외부하중은 시편의 상부면에서 하부로 수직 하중방향을 설정하였고 하중은 시편 상부면의 절점들에 분산한 분포하중을 설정하였다.
모델의 구속조건은 지대치 시편 최하단면의 절점 전체에 6 방향의 자유도를 구속시켜 이동 및 회전이 없도록 하였다. 그리고 외부 하중 시 각 모델의 하중 조건에 따른 육면체 내 최대 von-Mises 응력 값의 크기와 위치를 분석하여 응력 값의 분포를 색깔로 나타내었다.(Fig.
금속 지대치를 지르코잔 스캐너(Scanner 600, Zirkonzahn GmbH, Italy)를 이용하여 스캔하고 코핑의 두께는 각각 설계대로 디자인 하였다. 금속 지대치와 지르코니아 도재관 사이의 시멘트 공간은 0.
금속 지대치를 지르코잔 스캐너(Scanner 600, Zirkonzahn GmbH, Italy)를 이용하여 스캔하고 코핑의 두께는 각각 설계대로 디자인 하였다. 금속 지대치와 지르코니아 도재관 사이의 시멘트 공간은 0.03㎜로 설정하였고, 4종의 지대치를 이용하여 Prettau(Zirkonzahn GmbH, Italy) 블록을 밀링(CAD/CAM MS, Zirkonzahn GmbH, Italy) 하여 6 종의 지르코니아 전부도재관 시편을 제작하였다. 완전 소결과정은 지르코잔 전용 furnace (Zrkonofen 600, Zirkonzahn GmbH, Italy) 에서 제조사의 지시대로 시행하였다(Table 2).
모델의 구속조건은 지대치 시편 최하단면의 절점 전체에 6 방향의 자유도를 구속시켜 이동 및 회전이 없도록 하였다. 그리고 외부 하중 시 각 모델의 하중 조건에 따른 육면체 내 최대 von-Mises 응력 값의 크기와 위치를 분석하여 응력 값의 분포를 색깔로 나타내었다.
모델의 하중 조건에 따른 3 차원 유한요소 역학분석 결과를 육면체 내 최대 von-Mises 응력 값의 크기와 위치를 분석하여 응력 값의 분포를 색깔로 나타내었다.(Table 4, Fig.
본 연구는 임상적으로 많이 발생되는 얇은 교합면 두께의 지르코니아 단일구조 전부도재관을 대상으로 지대치의 형태와 도재관의 두께를 달리 한 6 종의 전부도재관 시편을 제작하여 압축 파절강도를 측정하고, 동일 형태의 유한요소 모델을 이용한 3 차원 유한요소법으로 응력 분포를 관찰하였다. 이러한 분석을 통하여 단일구조 지르코니아 전부도재관 제작 시 강도를 높일 수 있는 효과적인 지대치 형태와 도재관 설계의 기초 자료로 활용하고자 한다.
제작된 6 종의 전부도재관 모델을 이용하여 3 차원 유한요소 분석을 실시하였다. 지대치와 전부도재관을 포함한 모든 구조물은 등방성, 균질성, 선형 탄성 재료들로 가정하였다.
제작된 전부도재관 시편 종류는 교합면과 축면 두께 1㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 flat한 도재관 시편군(CON type), 교합면 두께는 0.5㎜, 축면의 두께는 1㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 flat한 시편군(516F type), 교합면 두께는 0.5㎜, 축면 두께 2㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 flat한 시편군(526F type), 교합면 두께는 0.5㎜, 축면 두께는 1㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 flat하고 교합면 우각이 45°인 시편군(516F45 type), 교합면 두께 0.5㎜, 축면 두께는 1㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 flat하고 교합면 우각이 round한 시편군(516FR type), 교합면 두께 0.5㎜, 축면 두께 1㎜, 축면 경사도 6°에 교합면이 concave한 시편군(516C type) 모두 6 종으로 구성하고 각 실험군은 시편 7개씩 제작하였다.
본 연구에서는 임상상황에서 많이 나타나는 교합면 두께가 적은 지대치의 전부도재관 제작 시 효과적인 강도를 얻을 수 있는 방법을 얻고자하였다. 지대치의 교합면 두께와 축면 두께, 교합면의 형태와 교합면 우각의 형태를 다르게 하여 CAD/CAM system을 이용하여 지대치의 형태와 전부도재관의 축벽 두께를 달리 한 형태로 6 종의 지르코니아 전부도재관을 제작하였다.
지르코니아 단일구조 전부도재관의 파절강도에 관한 연구가 매우 드물고, 각각 다르게 제작된 형태의 전부도재관 수복물의 파절강도를 비교하기 위해 실물 실험으로 파절강도를 측정 후 동일한 형태의 지대주와 전부도재관을 3차원 모델링하여 3차원 유한요소법으로 압축에 따른 응력 분포를 관찰하였다.

대상 데이터

본 실험을 위해 제작된 지르코니아 단일구조 전부도재관 시편 재료는 단일구조 지르코니아 세라믹인 Prettau (Zirkonzahn GmbH, Italy)을 사용하였다.
압축 파절강도 시험을 위하여 4 종의 지대치를 제작하였다. 지대치는 스테인리스강을 이용하여 CNC 가공을 이용하여 제작하였다.
지대치와 전부도재관을 포함한 모든 구조물은 등방성, 균질성, 선형 탄성 재료들로 가정하였다. 제작된 시편의 역학적 요소로 지대치는 타이타늄의 탄성계수 116㎬, 푸아송비 v=0.32 물성치로 적용하였으며, 전부도재관은 지르코니아의 탄성계수 160㎬, 푸아송비 v=0.32를 물성치로 적용하였다.

데이터처리

압축 파절강도 결과의 유의차 검증을 위해 SPSS (SPSS Ver. 19, USA)를 이용하여 일원배치분산분석 (One-way ANOVA analysis)을 시행하였으며, 사후검정을 위해서 다중비교분석 (Tukey’s analysis)을 시행하였다.

성능/효과

1. 압축 파절강도 측정 결과 교합면을 concave한 시편 군이 가장 높게 나타났으며, 교합면 우각이 round한 시편군, 교합면 우각을 45°로 형성한 시편군 순으로 높게 측정되어 중심구를 따라 깊게 삭제 형성한 지대치와 교합 면 우각을 형성한 지대치 형태가 두께가 얇은 지르코니아전부도재관의 강도 증가에 효과적이었다.
2. 본 연구에서는 교합면 두께가 0.5㎜로 임상적으로 최소한으로 여겨지는 두께로 실험을 하였으며 실험 시편군의 파절강도가 약 500~1100N으로 나타나 다소 다양한 의견이 있으나 일반적인 최대 저작압을 넘게 나타나 임상적으로 충분한 사용 가능한 강도를 나타내었다.
3. 3차원 유한요소 분석을 통한 응력 분포 실험에서는 역시 교합면이 concave한 시편군이 응력 집중이 가장 적었으며 파절 실험에서 높은 파절강도를 보였던 45°와 round하게 교합면 우각을 형성한 지대치에 제작한 시편에서 높은 응력 집중을 보였으며 응력 집중 부위는 교합 면 우각부에서 나타났다.
교합면 두께 0.5㎜로 임상적인 최소로 여겨지는 두께로 실험하였는데 모든 실험 시편군의 파절강도는 일반적인 저작압의평균인 40∼50 N을 넘는 수치이고 최대 저작압이라고 하는 200∼540 N(Yoshinari, 1994)에서도 임상적으로 충분히 사용 가능한 수치를 나타내었다.
교합면 우각부를 45°로 형성한 516F45 시편군과 교합 면 우각부를 round하게 한 516FR 시편군은 파절강도가 768.94 ± 57.4 N, 788.58 ± 100.3 N로 높게 나타났다.
동일한 지대치 형태에 교합면 두께를 1㎜로 한 CON 시편군과 0.5㎜로 제작한 516F 시편군과 축면 두께를 2㎜로 한 526F 시편군 비교에서는 516F 시편군이 파절강도가 632.24 ± 27.5 N로 가장 높게 나타났다.
압축 파절강도를 관찰한 결과 CON군은 518.83 ± 61.3N이 측정되었으며, 516F 군은 632.24 ± 27.5 N, 526F 시편군은 508.03 ± 17.8 N, 516F45 군은 768.94 ± 57.4 N, 516FR 군은 788.58 ± 100.3 N, 516C 시편군은 1,102.84 ± 136.9 N으로 측정되었다.
33㎫로 유사하게 나타났다. 이러한 결과를 볼 때 교합면이 얇은 경우에도 충분한 강도를 갖고 있음을 알 수 있었으며 축면의 두께를 더 두껍게 제작 하여도 강도가 증가되지 않는 것을 알 수 있었다. 그러나 본 실험에서는 margin width를 1㎜로 한정시켜 보철물의 2㎜ 두께에 대한 지지부가 없는 상태가 되어 강도가 낮아진 것으로 생각되며 지대치의margin 폭을 2㎜로 하는 경우에는 다른 결과를 나타낼 수 있다고 사료된다.
지르코니아 시편을 제작하여 파절강도 측정한 결과는 교합면 중심부를 깊게 한 516C 시편군이 가장 높게 나타났으며 축벽 두께를 2㎜로 제작한 526F 시편군이 가장 낮게 측정되었다(p< .05).
측정 결과를 이용하여 각 군별로 비교 통계 분석한 결과 516FR 시편군이 CON 시편군과 526F 시편군에 대하여 통계적으로 유의차가 나타났으며 (p< .05), 516C시편군이 다른 시편군 모두에 대하여 통계적으로 유의차가 나타났다 (p< .05).

후속연구

본 연구에서는 구강 내 환경과 유사한 만성적 스트레스와 전단력, 급격한 온도 변화, 습한 환경, 전부도재관의 형태 등과 같은 비교 연구가 되어 있지 않다. 앞으로 상기 요소들이 포함된 실험연구와 임상연구가 계속 이루어져야 할 것으로 판단된다.
따라서 적절한 강도를 얻으면서 파절을 예방할 수 있는 두께를 정하는 것이 중요하다 할 수 있다. 전부도재관 제조사가 권장하는 적절한 두께가 제시되고 있으나 교합면의 최소한의 두께로 교합력에 견딜수 있는 보철물을 만들 수 있다면 이상적이기에 최소한의 교합면 두께에서 강도를 더 얻을 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	단일구조 전부도재관은 어떻게 도재관을 제작하는 방법인가?	전부도재관은 구조에 따라 크게 두 종류로 구분한다. 강한 도재 코어를 제작한 후 도재를 축성하는 이중구조 전부도재관과 도재 자체의 물성을 높여 고강도의 도재관을제작하는 단일구조 전부도재관 (monolithic all-ceramic crown)으로 나눌 수 있다.
	전부도재관의 강도에는 어떤 요인들이 영향을 미치는가?	전부도재관의 강도는 주로 도재 재료의 종류 및 도재관제작방법, 지대치 형성법과 치아와 도재관의 접착방법에 영향을 받는다 (Friedlander at al., 1990; Yoshinariand and Derand, 1994).
	치아 수복물의 적절한 두께를 비중 있게 고려해야 하는 이유는 무엇인가?	재료 자체의 특성이 강도에 큰 영향을 미치지만 수복물의 적절한 두께는 치아 삭제량과 관련되어 많은 비중을 두어 생각하여야 할 부분이다. 강한 강도를 위해 코어를 두껍게 할 필요가 있는데 이는 과도한 자연치 치질의 삭제와 심미성의 저하, 유지력의 저하, 치수 자극, 치아과민증 등의 여러 문제들을 발생시킬 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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