Evaluation of full-veneer crowns fabricated with 3D-printable resin material for definitive prostheses: Integration of in vitro and in vivo findings

Abstract

Despite the popularity of 3D printing methods in dentistry, the application of this technology, particularly in the prosthetic field, has been mainly limited to interim prostheses due to physical limitations such as inadequate physical properties and strength for long-term functionality. Furthermore, the impact of cement space settings on the marginal and internal fits of 3D-printed resin crowns, which are essential for the longevity and success of dental restorations, has not been thoroughly investigated. This randomized controlled prospective study evaluated the potential of resin crowns (RCs) as definitive prosthetics by investigating their marginal and internal fit with various cement space settings and comparing the performance of 3D-printed RCs with that of milled zirconia crowns (ZCs) in adult patients requiring single crown restorations over a 1-year period. A two-part investigation was conducted involving in vitro and in vivo assessments. For the in vitro part, after scanning a prepared typodont left maxillary first molar, a crown was designed with cement spaces of 35, 50, 70, and 100 µm by using a CAD software program. A total of 14 specimens per group were 3D-printed from definitive 3D printing resin. By using the replica technique, the intaglio surface of the crown was duplicated, and the duplicated specimen was sectioned in the buccolingual and mesiodistal directions. In the clinical phase, adult patients requiring posterior single crown restoration were recruited at Yonsei University Dental Hospital, excluding those with specific health conditions or habits. Fifty-six participants were randomized into two the resin crowns and zirconia crowns groups. Marginal and internal fit were evaluated using the replica technique. Clinical performance, including survival rate, clinical wear of crowns and antagonists, periodontal health, and patient satisfaction, was assessed at multiple follow-ups over 1 year. Crown wear was measured using an analysis software and intraoral scans, comparing between initial and 1-year data. The in vitro findings indicated that although the median values of the marginal gaps were within the clinically acceptable limit (<120 µm) for all the groups, the smallest marginal gaps were obtained with the 70 µm setting. For the axial gaps, there was no observed difference in the 35, 50, and 70 µm groups, and the 100 µm group showed the largest gap. The smallest axio-occlusal and occlusal gaps were obtained with the 70 µm setting. Clinically, from the 56 participants with 28 patients in each group (resin crowns and zirconia crowns), the resin crowns demonstrated a 78.6% survival rate compared to 92.9% for zirconia crowns after 12 months, although the comparison was not statistically significant. The last tooth restored was found to be a significant factor that influenced prosthesis survival. Resin crowns exhibited significantly higher wear compared to zirconia crowns, without significant differences in antagonist wear. Both crown types showed clinically acceptable internal fit and marginal gaps, with no significant differences in periodontal and biological responses. Patient satisfaction was similarly high in both groups. Resin crowns demonstrate potential as a cost-effective and easier-to-manufacture alternative to zirconia crowns, with the recommendation of a 70 µm cement gap setting for optimal fit. However, the higher wear rate of resin crowns necessitates further material development to improve their longevity and performance for definitive prosthetic use.

치과 분야에서 3D 프린팅 방법이 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 특히 보철 분야에서는 장기적인 기능을 위한 부적절한 물성 및 강도와 같은 물리적 한계로 인해 주로 임시 보철물로 제한되어 왔다. 본 연구는 실험실 연구 및 임상 연구 두 부분으로 나누어 연구를 진행하였다. 실험실 연구에서는 다양한 시멘트 공간 설정에 따른 레진 크라운의 변연 및 내부 적합성을 조사하였다. 모형상에서 치아 삭제가 된 좌측 상악 제1대구치를 스캔한 후 CAD 소프트웨어 프로그램을 사용하여 35, 50, 70, 100 µm의 시멘트 공간으로 크라운을 디자인하였다. 그룹당 총 14개의 시편을 최종 3D 프린팅 레진으로 3D 프린팅하였다. Replica 기법을 사용하여 크라운의 음각 표면을 복제하고 복제된 시편을 협설 및 근원심방향으로 단면화하였다. 무작위 대조 전향적 임상 연구에서는 1년 동안 단일 크라운 수복이 필요한 성인 환자를 대상으로 3D 프린팅 레진 크라운을 밀링 지르코니아 크라운과 비교함으로써 최종 보철물로서 레진 크라운의 가능성을 평가하였다. 연세대학교 치과병원에서 특정 건강 상태나 습관이 있는 환자를 제외한 구치부 단일 크라운 수복이 필요한 성인 환자를 대상으로 모집하였다. 56명의 참가자를 무작위로 레진크라운과 지르코니아 크라운 두 그룹으로 나누었다. Replica 기법을 사용하여 내부 적합성을 평가하였다. 1년 생존율, 크라운 및 대합치의 임상적 마모, 치주 건강, 환자 만족도 등 임상적 성과는 1년에 걸쳐 여러 차례 추적 관찰을 통해 평가하였다. 크라운 마모는 구강 내 스캔의 초기 데이터와 1년 데이터를 비교하여 분석 소프트웨어를 사용하여 측정하였다. 실험실 연구 결과, 모든 그룹에서 변연 간격의 중앙값이 임상적으로 허용 가능한 한계(120 µm 미만) 내에 있었지만, 70 µm 설정에서 가장 작은 변연 간격이 나타났습니다. 측벽 갭의 경우 35, 50, 70µm 그룹에서 관찰된 차이는 없었으며 100µm 그룹이 가장 큰 값을 보였다. 가장 작은 측벽-교합면 간격 과 교합면 간격은 70µm 설정에서 얻었다. 임상 연구 결과, 56명의 참가자 중 각 그룹(레진크라운, 지르코니아 크라운)에 28명의 환자가 배정되었고, 12개월 후 레진크라운 그룹은 78.6%의 생존율을 보인 반면 지르코니아 크라운 그룹은 92.9%의 생존율을 보였지만 통계적으로 유의미한 비교는 아니었다. 최후방 치아로 수복된 경우가 보철물 생존율에 영향을 미치는 중요한 요인으로 밝혀졌다. 레진 크라운은 지르코니아 크라운에 비해 유의하게 높은 마모를 보였으나 대합치 마모에는 큰 차이가 없었다. 두 크라운 유형 모두 치주 및 생물학적 반응에서 유의미한 차이가 없이 임상적으로 허용 가능한 내면 간격과 변연 간격을 보였다. 환자 만족도는 두 그룹 모두 비슷하게 높았다. 레진 크라운은 최적의 적합도를 위해 70µm의 시멘트 공간이 권장되며, 지르코니아 크라운에 비해 비용 효율적이고 제조하기 쉬운 대안으로서의 가능성을 보여주었다. 그러나 레진 크라운의 마모율이 높기 때문에 안정적인 최종보철물로서의 사용을 위해 물성을 개선하기 위한 추가적인 소재 개발이 필요하다.