[논문]디지털 이미지 상관법을 이용한 Methacrylate기질과 Silorane기질 복합레진의 치아 수복 시 중합수축거동

박정훈; 최낙삼

doi:10.7234/composres.2020.33.3.125

디지털 이미지 상관법을 이용한 Methacrylate기질과 Silorane기질 복합레진의 치아 수복 시 중합수축거동
Polymerization Shrinkage Behavior Measured by Digital Image Correlation for Methacrylate-based and Silorane-based Composites During Dental Restoration 원문보기

Composites research = 복합재료, v.33 no.3, 2020년, pp.125 - 132

박정훈 (Department of Mechanical Engineering, Graduate School, Hanyang University) , 최낙삼 (Department of Mechanical Engineering, Hanyang University)

초록
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치과용 복합레진 Filtek P90 (3M ESPE, USA)과 Clearfil AP-X (Kuraray, Japan)를 대상으로 디지털 이미지 상관법을 이용하여 광중합 시 발생하는 수축거동을 관찰하고 등가탄성계수를 적용한 유한요소해석을 통해 시편표면의 응력분포를 산출하여 수축률분포와 비교하였다. 광조사 중과 광조사 후의 촬영 조건을 달리하여 CCD 카메라를 이용한 시편의 변형사진을 획득하고 디지털 이미지 상관분석을 하였다. DIC 분석 결과 상기의 복합레진 모두에서, 비균일한 수축변형률 분포가 관찰되었으며 링시편 내부의 레진 중심부가 자유로운 유동성으로 레진/링의 계면부보다 큰 수축 변형률이 발생하였다. 레진의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 반경방향 평균수축률은 감소하였으며, 광조사동안에 발생한 반경방향 평균수축률은 경화시험종료(10 min) 후 발생한 반경방향 평균수축률 값을 기준으로 P90은 33%, AP-X는 57% 수준이었다. P90과 AP-X가 광조사 중의 수축거동이 크게 달랐음을 확인하였다. 레진/링의 계면부에 가까운 레진에서는 광조사 후에 인장변형률이 급격히 커져서 계면부가 인장응력을 받아 취약하게 됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The polymerization shrinkage behavior of dimethacrylate-based composite (Clearfil AP-X, Kuraray) and silorane-based composite (Filtek P90, 3M ESPE) used for dental composite restorations was measured using digital image correlation method. The stress distribution on the surface of specimen was calculated by finite element analysis with equivalent elastic modulus and was compared with the measured shrinkage distribution. Camera images were monitored by a CCD camera during and after the irradiation of light. As a result of the DIC analysis, a non-uniform shrinkage distribution was observed in both composite resins, and the resin core inside the ring specimen had free flowability, leading to in greater shrinkage strain than the resin/ring interfacial region. It was observed that as the distance from the center of the resin increased, the radial average shrinkage strain decreased. The radial average shrinkage strain during light irradiation occurred to be 33% for P90 and 57% for AP-X of the entire strain at the end of the test. The shrinkage behavior of P90 and AP-X was measured to be significantly different from each other during light irradiation. In the resin near the resin/ring interface, it was confirmed that the tensile strain rapidly formed to increase after light irradiation, causing a tensile stressed, interface weak.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematic of digital image correlation method
그림 Fig. 2. Schematic of the camera measurement for DIC
그림 Fig. 3. DIC photo images acquisited according to the various exposure times
그림 Fig. 4. Percentages of analyzable area according to the various exposure times
표 Table 1. Dental composites used in this study
그림 Fig. 5. Modeling of a dental restoration ring models for 3D finite element calculation
그림 Fig. 6. Displacement distributions of a composite resin-filled ring specimen for P90 measured by DIC (a) just before the end of light irradiation and (b) at a cured state for 10 minutes
표 Table 2. Material properties of dental composite resins and PMMA for finite element calculation
그림 Fig. 7. Average radial shrinkage strain of (a) P90 and (b) AP-X [16] as a function of time during and after LED irradiation
그림 Fig. 8. Average radial shrinkage strain according to radius locations from the specimen center
그림 Fig. 9. Principal strain(∊₁) distributions on ring specimens in a cured state for (a) P90 and (b) AP-X [16] measured by DIC
그림 Fig. 10. Principal stress on the surface according to distance from the center

AI 본문요약
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제안 방법

Furukawa 등[15]은 다양한 와동형식에 따른 복합레진의 중 합수축 거동을 DIC를 통하여 관찰하였다. 본 논문 저자들 은 이전 연구[16]에 소개한 바와 같이 DIC분석에 최적인 이미지촬영조건을 획득하였으며, 광조사 시작부터 광조사 후 의 복합레진이 경화되는 전 과정에 대한 중합수축거동을 시간 단계별로 관찰하여 전체중합과정 관찰에 성공하였다.
본 연구를 통하여 성분이 다른 복합레진을 대상으로 중합수축시작부터 경화종료까지 치과용 복합레진과 PMMA 기판링의 수축 변형거동특성을 전체 면에 걸쳐 측정하고 국부적으로 분석하였다. 추후 실제 수복된 치아에 적용 가능하도록 실험방법을 보완하여 적용한다면 치아에 수복된 복합레진들의 실제 수축거동특성을 구하여, 수복 후 발생될 계면균열이나 결함을 예측하여 결함발생을 예방 할 수 있을 것이라 생각된다.
본 연구에서는 methacrylate기반의 복합레진 Clearfil APX와 중합에 따른 수축변형이 현저히 작도록 개발된 silorane 기반의 복합레진 Filteck P90을 대상으로 광경화 실험을 수행하였다. 각 레진의 성분과 제조사에서 제공한 부피수축 률을 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 silorane 기질의 P90과 methacrylate기질의 Clearfil AP-X 치아 수복용 복합레진을 대상으로 광조사 시작부터 과정중 및 광조사후의 중합수축 전체 기간동안의 수축거동을 DIC를 통하여 측정하고 분석하였다. DIC분석 결과 복합레진부의 수축변형률은 중심부가 가장자리부보다 P90의 경우 약 4.
본 연구에서는 수축률이 크게 다른 Filtek P90 (3M ESPE, USA)과 AP-X (Kuraray, Japan)를 선택하여 저자들의 이전 연구[16]를 통해 제시한 중합과정 전체의 수축변형거동을 레진특성에 따라 DIC법을 이용하여 비교관찰한다. 또한 시편 표면에 작용하는 응력분포를 등가탄성계수를 적용한 유한요소법을 통해 산출하여 DIC측정 결과와 비교한다.

이론/모형

본 연구에서 레진의 수축거동을 측정하기 위해 디지털 이미지 상관(Digital image correlation, DIC) 기법을 사용하며 측정대상의 전체면의 변형이 비접촉식으로 동시에 측정 가능하다[11]. DIC분석은 디지털카메라로 촬영된 변형 전과 후의 사진의 각 픽셀의 밝기정도를 상관함수로 계산하여 가장 상관도가 큰 지점을 파악하고 변형과 이동을 추 적하여 변형분포를 측정하는 방법으로 국부적인 변형률 분포나 수축거동을 관찰 할 수 있다.

성능/효과

또한, 등가탄성계수를 적용한 3차원 FEM을 통하여 시편 표면에서의 주응력을 산출한 결과를 DIC를 통하여 측정된주변형률를 비교하였는데, 복합레진-PMMA 계면근처에서 인장형으로 크게 측정된 주변형률거동은 응력집중현상으로 야기된 것으로 복합레진의 중앙보다 복합레진-PMMA 계면근처에서 균열이나 결함이 잘 발생될 수 있을 것으로 예상되었다.

후속연구

본 연구를 통하여 성분이 다른 복합레진을 대상으로 중합수축시작부터 경화종료까지 치과용 복합레진과 PMMA 기판링의 수축 변형거동특성을 전체 면에 걸쳐 측정하고 국부적으로 분석하였다. 추후 실제 수복된 치아에 적용 가능하도록 실험방법을 보완하여 적용한다면 치아에 수복된 복합레진들의 실제 수축거동특성을 구하여, 수복 후 발생될 계면균열이나 결함을 예측하여 결함발생을 예방 할 수 있을 것이라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	복합레진의 수복시 발생하는 임상적인 문제점은?	하지만, 치과용 복합레진은 반응성 단량체가 중합개시제에 의해서 서로 교차결합하여 20% 이상 다량체로 전환되어 반고체화 되면 중합수축과 내부응력이 발생하게 된다[2]. 복합레진의 중합수축 발생시에 접착의 탈락, 공극(void), 미세 틈(micro-gap)이 형성되며 변연누출, 시술후 과민증(postoperative sensitivity), 이차우식(secondary caries),치수 병변이 발생 될 수 있다. 따라서 임상학적으로 치아수복 시 복합레진 수복재의 수축거동과 관련한 연구는 중요하다[1,3,4].
	치과용 복합레진이란?	치과용 복합레진은 치아의 직접수복에 사용되는 치과재료로서 수복 후에 건전치질의 보존과 심미성이 우수한 재료[1]이다. 하지만, 치과용 복합레진은 반응성 단량체가 중합개시제에 의해서 서로 교차결합하여 20% 이상 다량체로 전환되어 반고체화 되면 중합수축과 내부응력이 발생하게 된다[2].
	복합레진이 갖추어야 할 조건은?	이 중 물리적 성질에는 세부적으로 작업시간, 경화시간, 광민감도, 중합깊이, 굴곡강도, 흡습도 및 용해도,색조, 색안정성 및 방사선 불투과성등이 포함되어 있다. 복합레진은 자연광에 노출되어도 재료의 균질성을 잃지 않아야하며 중합깊이는 광조사면으로부터 2 mm 이상이고 제조사의 기준 깊이보다 0.5 mm 이상 차이나면 안된다. 굴곡강도는 파절 저항성에 영향을 미치므로 수복처리 24시간 경과 후 50 MPa 이상을 요구하고 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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