Comparison between occlusal error of single posterior crowns adjusted using patient specific motion or conventional methods

Abstract

In recent years, digital workflows that could design restorations with anatomical and functional occlusal morphology have been developed to minimize clinical occlusal adjustment. The Patient Specific Motion (PSM) is a tool for reproducing the dynamic occlusal relationship in computer-aided design (CAD) software by tracking mandibular movement with an intraoral scanner (IOS). The purpose of this clinical study is to assess the amount of occlusal error in the occlusal surface of a single posterior crown adjusted with the PSM method compared to conventional methods. Fifteen individuals participated in this study. All participants had indications of a single crown restoration on the posterior area. After obtaining quadrant scan data of the treated area using IOS (Trios 3), the restoration design was performed on CAD software. The occlusal morphology was designed based on the static occlusion recorded using IOS. The single zirconia crown restorations were fabricated by a 5-axis milling machine. The clinical intraoral adjustment was performed to fabricated restorations. After clinical intraoral adjustment, quadrant scan data of the treated area were obtained as reference data using IOS. In the no adjustment (NA) group, CAD data of the crown with static occlusion were used for comparison data. In the Patient Specific Motion (PSM) group, the occlusal design of duplicated CAD data from NA was adjusted using the dynamic occlusion relationship recorded by IOS using the PSM tool. In the semi-adjustable articulator (SA) group, a zirconia crown based on duplicated CAD data was adjusted in a mechanical semi-adjustable articulator. In the surface analyzing software, superimposition between the comparison data of the three experimental groups and the reference data was performed by the best-fit algorithm. After a valid arrangement, models were trimmed, leaving only the occlusal surface. A 3D comparison was performed between the comparison data and reference data to calculate value of root mean square (RMS) value, +Average (AVG) deviation value, -AVG deviation value, and in tolerance (%) value in areas such as the entire occlusal surface, functional cusp area, non-functional cusp area, central groove area. In addition, The RMS and ±AVG values of areas limited into the out of tolerance area was obtained. Color-coded map representing a deviation of the occlusal surface was generated and analyzed. In the quantitative analysis, the points over tolerance regarded as occlusal errors. The results of one-way ANOVA show significant differences in the RMS and +AVG values of the out of tolerance area from the NA, PSM, and SA groups (p=0.028, 0.040). The RMS values calculated from the out of tolerance area were 257.0 ± 73.9μm in the NA group, 202.3 ± 39.3μm in the PSM group, and 222.9 ± 41.9μm in the SA group. The +AVG values calculated from the out of tolerance area were 210.9 ± 48.6μm in the NA group, 173.1 ± 31.3μm in the PSM group, and 194.7 ± 36.4μm in the SA group. In post-hoc analysis, the RMS and +AVG of PSM groups was statistically lower than the NA groups. In entire occlusal surface and subdivided area, there was no statistically difference between three experimental groups. In the qualitative analysis, the decrease of the occlusal error areas was mainly shown in the inclined plane of the cusp and triangular ridge on the occlusal surface in a single posterior crown adjusted with the PSM method. Within the limitations of this clinical study, the following conclusions were drawn. In the quantitative analysis, the extent of occlusal error in areas of the out of tolerance area was decreased in a single posterior crown adjusted with the PSM method as compared to other methods using a traditional mechanical semi-adjustable articulator or conventional CAD software. However, there was no significant difference in the amount of occlusal error in the entire occlusal surface or subdivided area level. In the qualitative analysis, the PSM group showed decreased areas of occlusal errors in the color-coded map. The PSM method might be a simple and effective alternative tool that shows clinically acceptable results in the occlusal adjustment of a single posterior crown.

최근 들어, 구강 내 교합 조정을 최소화하기 위해 기능적이고 해부학적인 교합면 형태를 가진 보철물을 디자인할 수 있는 디지털 워크플로우의 개발이 이루어지고 있다. 환자 특이 모션은 구강 스캐너를 이용하여 하악의 움직임을 추적함으로써 캐드 소프트웨어 상에서 동적인 교합 관계를 재현하는 도구이다. 본 임상연구의 목적은 기존의 방법과 비교하였을 때, 환자 특이 모션을 사용하여 조정한 후방 구치부 단일 크라운 교합면에서 교합 오차를 비교하기 위한 것이다. 총 열다섯명이 이 실험에 참여하였으며 모든 참여자는 구치부 단일 크라운 수복을 필요로 하였다. 구강 스캐너를 이용하여 치료할 영역의 사분악을 스캔하고, 캐드 소프트웨어 상에서 보철물의 설계를 하였다. 교합면 형태는 구강스캐너를 통해 기록한 정적 교합을 기초로 설계하였고, 5축 밀링 머신을 사용하여 크라운을 제작하였다. 제작된 크라운을 임상 교합조정 하였으며, 구강내 교합조정을 마친 후, 치료받은 부위의 사분악 스캔 데이터를 구강 스캐너를 이용하여 채득하고 이를 참조 데이터로 삼았다. No adjustment (NA) 군에서는, 정적 교합을 기초로 설계한 크라운의 캐드 디자인을 비교 데이터로 삼았다. Patient Specific Motion (PSM) 군에서는, NA 군의 캐드 디자인을 복제한 후, 환자 특이 모션 도구를 이용하여 기록한 동적인 교합 관계를 사용하여 교합면의 형태를 조정하고 이를 비교 데이터로 하였다. Semi-articulator (SA) 군에서는, NA군의 캐드 데이터를 바탕으로 제작된 보철물을 반조절성 교합기 상에서 교합 조정하고 이를 비교 데이터로 하였다. 표면 분석 소프트웨어를 사용하여 참조데이터와 세 그룹의 비교 데이터를 Best-fit 알고리즘을 이용하여 중첩하였다. 중첩의 유효성을 확인한 후, 중첩된 모형을 동일한 영역의 교합면만 남기기 위하여 다듬었다. 참조 데이터와 비교데이터 간의 삼차원 비교를 전체교합면과 기능 교두 영역, 비기능 교두 영역, 중심구 영역에서 시행하여 RMS, +AVG, -AVG, In tolerance 값을 계산하였다. 더불어 공차를 벗어난 영역으로 제한하여 RMS, +AVG, -AVG 값을 계산하였다. 교합면의 변위를 나타내는 컬러 코드 맵을 생성하여 분석하였다. 정성분석시, 공차를 벗어난 영역은 교합 오차로 간주하였다. 공차를 벗어난 영역에서one-way ANOVA 시험결과는 세 그룹 간에 RMS와 +AVG값이 통계적으로 유의한 차이가 있음을 나타내었다 (p=0.028, 0.040). NA, PSM, SA 군의 RMS 평균과 표준편차는 각각 257.0 ± 73.9μm, 202.3 ± 39.3μm, 222.9 ± 41.9μm였다. NA, PSM, SA 군의 +AVG 평균과 표준편차는 각각 210.9 ± 48.6μm, 173.1 ± 31.3μm, 194.7 ± 36.4μm였다. 사후 분석에서, PSM군의 RMS및 +AVG는 NA군보다 낮았다. 전체 교합면 영역과 삼등분한 영역에서는 통계적인 유의성이 나타나지 않았다. 정성분석시, PSM을 이용하여 조정한 후방 구치부 단일 크라운의 경우 컬러 코드 맵상에서 교합 오차 영역의 감소를 교두의 경사면과 교합면의 삼각 융선에서 관찰 할 수 있었다. 본 임상 연구의 결과에 기초하여, 다음과 같이 결론 내릴 수 있다. 정량분석시, 기존의 캐드 소프트웨어나 전통적인 반 조절성 교합기를 사용한 방법과 비교하였을 때, 환자 특이 모션으로 조정된 후방 단일 구치부 크라운은 공차를 벗어난 영역에서 교합 오차가 유의하게 감소하였다. 하지만 전체 교합면이나 삼등분한 영역에서 교합 오차량은 유의한 차이가 없었다. 정성 분석에서, PSM 군은 컬러 코드 맵상에서 교합 조정량의 감소를 나타내었다. 이상의 결과를 토대로 환자 특이 모션은 단일 후방 구치부 크라운의 교합 조정에 있어 임상적으로 허용가능한 결과를 보여주는 효과적이고 간단한 대안의 하나로 사료된다.