In vitro and clinical studies on enamel wear in relation to aging of yttria-partially stabilized zirconias

Abstract

투명도가 향상된 이트리아 부분 안정화 지르코니아는 치과 수복 재료로 널리 사용되고 있다. 그러나, 이트리아 부분 안정화 지르코니아의 임상 적용에 따른 상변화 및 대합되는 법랑질의 마모량에 대해서는 아직까지 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 본 연구의 목적은 연마된 이트리아 부분 안정화 지르코니아와 대합 법랑질의 마모를 평가하는 것이다. 또한, 이트리아 부분 안정화 지르코니아의 실제 사용에 따른 표면거칠기와 노화에 대해 실험적, 임상적으로 알아보고자 하는 것이다. 귀무가설은 실험 및 임상 연구에서 두가지 재료에 대해 마모, 표면거칠기 그리고 상변화가 비슷하다는 것이다. 실험 연구는 Katana 지르코니아 블록 (Katana ML Block, Kuraray Noritake Dental Inc. Aichi, Japan), Rainbow 지르코니아 블록과 (Rainbow Shade Block, Genoss Co., Suwon, Korea) 자연치의 법랑질을 (대조군) 사용하였고, 상악 소구치를 대합치로 사용하여 100,000회 반복 하중을 시행하였다. 반복 하중 전과 후에 모든 시편을 스캔하여 마모량을 측정하였고, 지르코니아 시편에 대해서는 반복 하중 전과 후에 표면거칠기와 X 선 회절 분석을 통한 단사정계를 측정하였다. 임상 연구는 제 1 대구치 또는 제 2 대구치 임플란트에 단일 전장관 수복을 요하는 환자를 대상으로 시행하였다. 환자들의 임플란트는 Katana 또는 Rainbow 지르코니아를 이용하여 제작한 지르코니아 전장관으로 (각각 15개) 수복하였다. 보철물 장착 1주 및 6개월 후 보철물, 대합치 및 인접치를 인상채득하여 교합면의 형태를 인기하여 마모량을 측정하였다. 또한 교합 진단 시스템을 (T-Scan 8, Tekscan Inc., South Boston, MA, USA) 이용해 최대 교두 감합위에서 보철물이 차지하는 상대적 힘의 비율을 측정하였다. 그리고, 구강 내에서 6개월 사용 후 보철물을 제거하여 X선 회절 분석을 통해 단사정계를 측정하였다. 6개월간의 실험 연구와 임상 연구에서 지르코니아는 자연치에 비해 유의하게 대합치 법랑질의 더 많은 마모를 유발하였다. Katana 시편은 Rainbow 시편보다 유의하게 더 많은 마모가 발생했으며, 표면이 더 거칠게 나타났다. 그리고, 실험 연구보다 임상 연구에서 유의하게 대합치의 마모 및 지르코니아의 상전이가 많이 일어났다. Katana 그룹은 Rainbow 그룹에 비해 유의하게 더 많은 단사정계를 보였다. 결론적으로 임상 적용 시 지르코니아의 상전이가 발생하였으며, 지르코니아의 종류에 따라 마모량과 상전이 정도가 다르게 나타났다.

Yttria-partially stabilized zirconia (Y-PSZ) with its improved translucency is a widely used dental restorative material. However, enamel wear and phase transformation upon actual application of Y-PSZ has not yet been clarified. This study aimed to evaluate wear of Y-PSZ and antagonistic enamel. Also, surface roughness and aging associated with the use of polished Y-PSZ were evaluated in both in vitro and clinical experiments. The null hypothesis was that wear, surface roughness, and phase transformation would be similar for the two materials and between the in vitro and clinical experiments. In vitro experiments were performed with Katana (Katana ML Block, Kuraray Noritake Dental Inc., Aichi, Japan) zirconia blocks, Rainbow (Rainbow Shade Block, Genoss Co., Suwon, Korea) zirconia blocks, and natural tooth enamel (control), which were subjected to 100,000 cycles of cyclic loading with a maxillary premolar antagonist. All specimens were scanned for wear analysis, and the zirconia specimens were evaluated for surface roughness and monoclinic phase (m-phase) transformation by X-ray diffractometry (XRD) before and after cyclic loading. The clinical study included patients who required single-crown restoration on first or second molar implants. The patients received Katana or Rainbow zirconia prostheses (n = 15, each). For wear analysis, impressions of each prosthesis, antagonist, and adjacent tooth were taken at 1 week and 6 months after crown delivery. The ratio of relative strength of prostheses in maximum intercuspation was evaluated using the occlusal diagnostic system (T-Scan 8, Tekscan Inc., South Boston, MA, USA). The degree of transformation of zirconia to the m-phase was measured by XRD of prostheses after 6 months of use. Overall, zirconia induced significantly greater enamel wear than natural teeth did. Katana specimens exhibited significantly greater wear and surface roughness than Rainbow specimens. The degrees of antagonistic wear and zirconia phase transformation in clinical studies were significantly greater than those in in vitro experiments. Katana groups showed significantly higher m-phase levels than the Rainbow groups did. Thus, phase transformation of zirconia occurred by clinical application, and the wear and degrees of phase transformation varied according to the difference of zirconia.