지르코니아 코핑 두께와 내면 오차

합착용 시멘트에 따른 지르코니아

코핑의 항성 변화

연세 학교 학원

치 의 학 과

길 강

지르코니아 코핑 두께와 내면 오차

합착용 시멘트에 따른 지르코니아

코핑의 항성 변화

지도교수 심 성

이 논문을 석사 학 논문으로 제출함

2010년 6월 일

연세 학교 학원

치 의 학 과

길 강

길 강의 석사 학 논문을 인 함

심사 원 인

심사 원 인

심사 원 인

연세 학교 학원

2010년 6월 일

감사의 글

석사 학위 논문이 완성 되기까지 실험 설계부터 결론 도출에 이르는 전

과정을 세심하게 지도해주신 심준성 교수님께 깊은 감사의 말을 전해드립

니다. 또한 조금 더 완성도 있는 논문을 위해 조언해 주신 이용근 교수님

과 김선재 교수님께도 감사 드립니다. 아울러 연세대학교 치과 보철학 교

실에서 제자들에게 항상 깊은 애정과 관심으로 많은 것을 가르쳐 주신 정

문규 교수님, 한동후 교수님, 이근우 교수님, 이재훈 교수님, 박영범 교수

님, 김성태 교수님, 김지환 교수님께도 감사 드립니다.

3년 동안 의국 생활을 함께 하면서 큰 힘이 되어준 동기 두화, 진혁,

윤진, 현진을 비롯해 보철과 의국 후배들에게도 감사의 뜻을 전합니다. 항

상 곁에서 지켜봐 주시고 든든한 정신적 지주가 되어주시는 부모님, 그리

고 넓은 이해심과 깊은 사랑으로 저를 보살펴 준 사랑하는 아내 연경에게

도 진심으로 감사의 말을 전합니다.

2010 년 6월

길준강 드림

i

차 례

그림 및 표 차례 ······················································································· ⅱ

국문요약 ·································································································· ⅲ

Ⅰ. 서론 ··································································································· 1

Ⅱ. 재료 및 방법 ······················································································· 4

1. 연구 재료 ························································································ 4

가. 금속 주모형 제작 ·········································································· 4

나. 지르코니아 코핑 제작 ···································································· 5

2. 연구 방법 ························································································ 6

가. 지르코니아 코핑 내면 오차 확인 ····················································· 6

나. 지르코니아 시편의 합착 ································································· 7

(1) 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트를 이용한 합착 ··················· 7

(2) 레진 시멘트를 이용한 합착························································· 7

다. 지르코니아 코핑의 보관 ································································· 8

라. 파절 하중 측정 ············································································· 8

마. 통계 분석 ···················································································· 9

Ⅲ. 연구 결과 ·························································································· 10

1. 내면 오차 측정 결과 ······································································· 10

2. 내면 오차 및 코핑 두께에 따른 파절 하중 측정 결과 ··························· 10

3. 내면 오차 및 코핑 두께가 동일한 실험군 내에서 시멘트에 따른 파절 하중

측정 결과 ······················································································ 13

4. 시편의 파절 양상 관찰 결과 ····························································· 14

Ⅳ. 고찰 ································································································· 15

Ⅴ. 결론 ································································································· 21

참고문헌 ································································································· 22

영문요약 ································································································· 26

ii

그림 차례

Figure 1. Schematic diagram of master model · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4

Figure 2. Zirconia coping after milling and sintering process · · · · · · · · · · · · · · · · · 5

Figure 3. The amount of occlusal internal gap measured with microscopic view of

sagittal section in replica model · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7

Figure 4. Stress-strain curve of specimen tested with universal testing

machine · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8

Figure 5. Means of fracture load for zirconia coping cemented with RMGI

cement · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12

Figure 6. Means of fracture load for zirconia coping cemented with resin

cement · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12

Figure 7. Means and standard deviations of fracture load in each group · · · · 13

Figure 8. An example photo of fractured zirconia coping · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 14

표 차례

Table 1. Terms of specimen groups in this study · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5

Table 2. Mean values and standard deviation of internal gap · · · · · · · · · · · · · · · · · 9

Table 3. Two-way ANOVA analysis of fracture load of zirconia coping

cemented with RMGI cement · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11

Table 4. Two-way ANOVA analysis of fracture load of zirconia coping

cemented with resin cement · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11

iii

국문요약

지르코니아 코핑 두께와 내면 오차 및

합착용 시멘트에 따른 지르코니아

코핑의 파절 저항성 변화

치과용 지르코니아를 이용한 전부 도재관의 임상적 성공에는 많은 요소들이

관여한다. 그 중에서 수복물의 내면 적합도는 적절하고 균일한 합착재를 위한

공간이며, 과도한 내면 공간은 장기적으로 수복물의 파절 가능성을 높일 수 있

다. 또한 지르코니아 코핑의 파절 저항성은 코핑의 두께에 따라 달라질 수 있다.

본 연구의 목적은 지르코니아 코핑의 두께 및 내면 적합도 차이 및 합착용 시

멘트에 따른 지르코니아 코핑의 파절 저항성 변화를 살펴보고자 하는 것이다.

시편 제작을 위한 금속 주모형은 기저부(base)를 직경 8 mm, 높이 10 mm

의 원기둥 형태로 설정하였고, 지대주 부위의 높이를 5mm로 제작하였다. 총

수렴각을 10도로 설정하고, 황동을 기계 절삭하여 총40개의 금속 주모형을

제작하였다. 제작된 금속 주모형을 각각 스캐너(LavaTM Scan Optical 3D

scanner)를 통해 스캔하여 축면에서의 내면오차는 모든 시편에서 40㎛으로

설정하였고, 교합면 쪽 내면 오차는 100㎛와 200㎛, 코핑 두께는 0.3 mm와

0.7 mm, 합착용 시멘트는 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트와 레진 시

멘트 등으로 구분하여, 총 8개의 실험군으로 설정하였고 각 실험군에 맞게 디

자인 한 후, 지르코니아 블록(LavaTM Frame Zirconia framework)을 밀링 기

계(LavaTM Form Computer-aided milling machine)로 기계 절삭하고 전용

퍼니스(LavaTM Therm Sintering furnace)에서 1,350 ℃에서 8시간 동안 소

결하였다. 제작된 지르코니아 코핑은 리플리카 테크닉을 이용하여 내면 오차

를 확인하였다. 각 실험군의 조건에 맞게 제조사 지시대로 혼합한 레진 강화

iv

형 글래스 아이오노머 시멘트와 레진 시멘트를 이용하여 지르코니아 시편을

금속 주모형에 합착하였다. 합착할 때는 코핑을 금속 주모형 상에 위치시킨

후, universal testing machine(InstronⓇ, USA)에 마운트하고 115N으로 일정

하게 10 분 동안 압력을 가하였다. 합착된 각 지르코니아 코핑은 증류수 수조

에 담아 항온기(Joylab Co., Seoul, Korea)에서 37 ℃로48시간 동안 보관하

였다. 보관된 각 시편의 파절 하중은 시편을 합착한 금속 주모형을 지그에 장

착한 후, universal testing machine에 마운트하고, 강판을 이용하여 0.5 mm/

min 의 cross head speed로 장축의 평행 방향으로 하중을 가하여 측정하였

다. 신뢰구간 95% 수준으로 내면 오차 및 코핑 두께에 따른 파절 하중 측정

결과에 대하여 two-way ANOVA test를 시행하였고, 내면 오차 및 코핑 두

께가 동일한 실험군 내에서 시멘트에 따른 파절 하중 측정 결과에 대하여

one-way ANOVA test를 시행하였다. Tukey’s HSD test로 사후 검정하여

다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 교합면 쪽 내면 오차가 100 ㎛인 경우에 비해 200 ㎛인 경우, 지르

코니아 코핑의 파절 하중은 코핑 두께에 상관 없이 유의성 있게

낮았다.

2. 지르코니아 코핑의 두께가 0.3 mm인 경우에 비해 0.7 mm인 경우,

지르코니아 코핑의 파절 하중은 내면 오차에 상관 없이 유의성 있게

높았다.

3. 두께가 0.3 mm 코핑에서는 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트를

사용한 경우에 비해 레진 시멘트를 사용한 경우, 코핑의 파절 하중은

유의 차가 없었고, 0.7 mm 두께의 코핑에서는 레진 강화형 글래스

아이오노머 시멘트를 사용한 경우에 비해 레진 시멘트를 사용한

경우에서 파절 하중이 유의성 있게 높았다.

핵심되는 말: 지르코니아, 내면 적합도, 파절 하중, 코핑 두께, 시멘트

- 1 -

지르코니아 코핑 두께와 내면 오차 및

합착용 시멘트에 따른 지르코니아

코핑의 파절 저항성 변화

<지도교수 심 준 성>

연세대학교 대학원 치의학과

길 준 강

Ⅰ. 서론

전부 도재관은 뛰어난 심미성과 우수한 생체적합성, 그리고 전통적인 금속

도재관에 견줄만한 변연 적합도 등으로 수복 치과 영역에서 사용이 증가하고

있다.1 그러나 기존 치과용 전부 도재관은 기계적 물성의 한계로 인하여 전치부

수복에만 제한적으로 사용되고 있었다. 이러한 문제점을 개선하고자, lithium

disilicate, aluminum oxide, 그리고 zirconium oxide와 같은 도재 수복을 위한

코어 재료의 개발이 활발히 이루어져 왔고, 특히 zirconium oxide 세라믹은 굴곡

강도 및 파절 인성 등의 기계적 물성이 크게 향상되어 전치부 뿐만 아니라

구치부 단일관, 고정성 국소의치 및 임플란트 지대주와 상부 구조물에 이르기까지

그 사용 영역이 확대되고 있다.2

지르코니아는 온도에 따라 세 가지 상으로 존재하며, 치과에서 사용 중인

지르코니아는 대부분 yttria partially stabilized tetragonal zirconia poly-

crystalline(YTZP)으로써 순수한 지르코니아에 3% mol의 yttrium oxide를

- 2 -

첨가하여 상온에서도 기계적 물성이 우수한 tetragonal phase로 상전이 시킨

형태이다.3

치과용 지르코니아를 이용하여 전부 도재관과 같은 치과 수복물을 제작하기

위해서는 기존의 주조나 압착 방식이 아닌 computer aided design and

manufacturing (CAD/CAM) system 을 이용하여 코핑을 제작한 후, 그 위에

도재를 축성하게 된다. 지르코니아 코핑 제작은 대부분의 시스템에서 지대치 인상

채득을 통해 제작한 작업 모형을 스캔하고 소프트웨어 상에서 코핑을 디자인한

후, 이 디자인에 맞게 부분 소결된 지르코니아 블록을 절삭하고 완전 소결하는

일련의 과정을 거치게 된다.4 작업 모형을 스캔하고 절삭 가공을 해야 하는 기공

과정 및 지르코니아 블록의 완전 소결 과정에서 불가피하게 발생하는 체적 수축

등으로 인하여, 지르코니아 코핑과 지대치 사이 적합도는 치과 임상가 및

연구자들 사이에서 주요한 문제로 간주되고 있다.5 수복물의 내면 적합도는

수복물의 장기적 성공에 영향을 줄 수 있는 중요한 요소이며, 부적절한 내면

적합도는 장기적으로 수복물의 파절 가능성을 높일 수 있다.10 2001 년

Hertlein7 은 LavaTM 시스템에서 60 ㎛ 이하의 변연 간격 값을 보고하였고,

2005 년 Bindl 등 6 은 in vitro 연구를 통하여 DecimⓇ 시스템의 변연과 축면

적합도를 평가하여 80 ㎛ 이하의 변연 간격 값을 보고하였다. 그러나 2008 년

Wettstein 등 8 은 임상에서 환자에게 적용되는 지르코니아 수복물을 대상으로 한

in vivo 연구를 통해 192 ㎛ 이상의 내면 적합도를 보고 하였고, 2007

년 Tsumita 등 9 도 CerconⓇ 으로 제작된 고정성 국소 의치의 내면 오차가

200~250 ㎛이라고 보고 하였다. 이와 같이 실제 임상에서 환자에게 적용되는

지르코니아 수복물을 대상으로 한 연구 결과와 in vitro 실험 결과 사이 일관성이

부족하며, 부적절한 내면 적합도를 보이는 지르코니아 수복물의 파절 저항성에

관한 연구는 아직까지 부족한 실정이다.

한편, 지르코니아 코핑의 두께 및 합착용 시멘트도 지르코니아 코핑의 파절

저항성에 영향을 줄 수 있는 요소이다. Reich 등 11 은 지르코니아 코핑의 두께에

따라 파절 저항성의 유의성 있는 변화가 나타났다고 보고하였고, Bindl 은 35

합착용 시멘트에 따라 파절 하중의 유의 차가 발생했다고 보고하였다.

- 3 -

본 연구의 목적은 지르코니아 코핑의 두께와 내면 적합도 및 합착용 시멘트의

종류에 따른 지르코니아 코핑의 파절 저항성 변화를 살펴 보고자 하는 것이다.

- 4 -

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 연구 재료

가. 금속 주모형 제작

기저부(base)는 직경 8 mm, 높이 10 mm 의 원기둥 형태로 설정하였고,

지대주 부위의 높이를 5 mm 로 하였으며, 총 수렴각(θ)을 10 도로 설정하였다.

이 설정에 따라 절삭 기계를 통해 brass metal 을 기계 절삭하여, 총 40 개의

금속 주모형을 제작하였다. 수렴각의 경우, 양쪽 측벽의 수렴 각을 합하여 총

10 도의 수렴각이 되도록 제작하였다. 변연은 변연 형태에 따른 내면 오차의

영향을 최소화 하기 위해 0.7 mm 너비의 chamfer 형태로 형성하였다.11 금속

주모형의 상부는 기계적인 응력의 집중을 피하기 위해 모서리를 둥글게 처리

하였다(Fig.1).

Fig. 1 Schematic diagram of master model.

- 5 -

나. 지르코니아 코핑 제작

제작된 금속 주모형을 각각 스캐너(LavaTM Scan Optical 3D scanner, 3M ESPE, SrPal MN, USA)를 통해 스캔하여, 축면에서의 내면 오차는 모든 시편에서 40 ㎛으로 설정하였다. 교합면 쪽 내면 오차는 100 ㎛와 200 ㎛, 코핑 두께는

0.3 mm 와 0.7 mm, 합착용 시멘트는 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트

(RelyX lutingⓇ, 3M ESPE, USA)와 레진 시멘트(Panavia F, Kuraray, Osaka,

Japan)등으로 구분하여 총 8 개의 실험군으로 설정하였고(Table1), 각

실험군 조건에 맞게 디자인 한 후, 지르코니아 블록(LavaTM Frame Zirconia framework)을 밀링 기계(LavaTM Form Computer-aided milling machine)로 기계 절삭하고, 전용 퍼니스(LavaTM Therm Sintering furnace)에서 1,350℃로 8 시간 동안 소결하여 각 실험군 당 5 개씩 시편을 제작하였다.

Table 1. Terms of specimen groups in this study

Coping thickness(mm) 0.3 0.7

Cement RMGI Resin RMGI Resin Occlusal internal gap(㎛)

100 a1gi a1re b1gi b1re

200 a2gi a2re b2gi b2re

* RMGI : Resin Modified Glass Ionomer

Fig.2 Zirconia coping after milling and sintering process.

- 6 -

2. 연구 방법

가. 지르코니아 코핑 내면 오차 확인

지르코니아 코핑의 내면 오차는 1993 년 Molin 과 Karlsson 등이 제시한

리플리카 테크닉을 이용하였다. 제작된 지르코니아 코핑 내면에 저 점주도 실리콘 인상재(FitcheckerII, GC Cop., Tokyo, Japan)를 넣고 금속 주모형에 코핑을 지압으로 안착시킨 후, 제조사의 지시에 따라 2 분 동안 중합하였다. 중합 후 형성된 얇은 실리콘 막은 금속 주 모형과 지르코니아 코핑 사이 내면 오차를 나타낸다. 실리콘 인상재가 중합된 후, 금속 주모형을 조심스럽게 제거하고 실리콘 막이 금속 주모형으로부터 분리 되었는지 확인한 후, 다른 색깔을 가진 중간 점주도 실리콘 인상재(Aquasil Ultra LV & XLV, Dentsply Caulk, Midfold, DE, USA)를 기포가 생기지 않도록 조심 스럽게 시린지로 내면에 주입하고, 제조사의 지시에 따라 5 분 동안 중합하였다. 이 인상재의 중합이 완료 되면, 다시 고 점주도 실리콘 인상재(Aquasil soft putty, Dentsply Caulk, Midfold, DE, USA)로 제조사의 지시 사항에 맞게 혼합하여, 앞서 중합된 인상체 하방에 기저부를 형성 하여, 상부 인상체를 기저부에 고정하였다. 이렇게 제작된 인상체 모형은 금속 주모형의 장축에 평행하게 scalpel blade No. 25(Paragon Co., England)로 중심 부위를 절단하고, 200 배율의 광학 현미경(Axio Imager A1m, Zeiss co., Germany)에 연결된 카메라를 이용하여

절단면을 촬영하여 교합면 쪽 내면 오차를 계측하였다. 각 인상체 마다 교합면

부위의 중심부과 교합면에서 축면으로 이행되는 양측 선각 부위 등, 세 점을

정하여 내면 오차를 측정하였다(Fig.3).

- 7 -

Fig.3 The amount of occlusal internal gap measured in microscopic view of

sagittal section of replica model.

나. 지르코니아 시편의 합착

(1) 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트를 이용한 합착

각 시편의 내면은 50 ㎛ aluminum oxide 를 이용하여 2 bar 의 압력으로 10

mm 의 거리에서 10 초 동안 샌드 블라스팅 한 후, 수세하고 건조하였다. 레진

강화형 글래스 아이오노머 시멘트(RelyX lutingⓇ, 3M ESPE, USA)를 제조사

지시대로 혼합한 후, 상온에서 금속 주모형에 합착하였다. 합착할 때는 코핑을

금속 주모형 상에 위치시킨 후, universal testing machine(InstronⓇ, USA)에

마운트하고 115N 으로 일정하게 10 분 동안 압력을 가하였다.

(2) 레진 시멘트를 이용한 합착

각 시편의 내면은 50 ㎛ aluminum oxide 를 이용하여 2 bar 의 압력으로 10

mm 의 거리에서 10 초 동안 샌드 블라스팅 한 후, 수세하고 건조하였다. Panavia

F(Kuraray, Osaka, Japan)를 제조자의 지시 사항에 맞게 혼합하여 금속 주모형

상에 합착하였다. 합착할 때는 코핑을 금속 주모형에 위치시킨 후, universal

- 8 -

testing machine (InstronⓇ, USA)에 마운트하고 115N 으로 일정하게 10 분

동안 압력을 가하였다.

다. 지르코니아 코핑의 보관

합착된 각 지르코니아 코핑은 증류수 수조에 담아 항온기(Joylab Co., Seoul,

Korea)에서 37℃로 48 시간 동안 보관하였다.

라. 파절 하중 측정

각 시편의 파절 하중은 시편을 합착한 금속 주모형을 지그에 장착한 후,

universal testing machine(Instron)에 마운트하고 강판을 이용하여 0.5 mm/min

의 cross head speed 로 장축의 평행 방향으로 하중을 가하였다. 하중은 100N

부터 시작하여 지르코니아 코핑의 파절이 완료될 때까지 연속적으로 기록되었고,

여기서 얻어진 응력-변형율 곡선을 분석하여 파절 하중을 측정하였다. 응력-

변형율 곡선에서 하중 값이 계속 증가하다가 처음으로 약간 감소하면서 나타나는

곡선의 불연속점이 파절 시작 하중이고, 완전히 파절이 일어나 곡선이 증가에서

감소로 전환되는 지점의 하중이 파절 종료 하중으로 정의되며,35 본 연구에서는

파절 종료 하중 값을 측정하였다(Fig.4).

Fig.4 Stress-strain curve of specimen tested with universal testing machine.

- 9 -

마. 통계 분석

통계 분석은 SPSS for Windows 12.0(SPSS Inc., Chicago, Illinois, U.S.A.)을

사용하였다. 각 실험군 당 시편수가 적기 때문에, Shapiro-wilk test 를 시행하여

정규 분포를 따르는지 검정하여 분산 분석 가능 여부를 확인하였다. 각 실험군 사

이 코핑의 두께와 내면 오차에 따른 파절 하중의 변화를 알아보기 위하여, 신뢰

구간 95% 수준으로 two-way ANOVA test 를 시행하였다. 내면 오차와 코핑 두

께가 동일한 실험군 내에서 시멘트에 따른 파절 하중의 변화를 알아보기 위해, 신

뢰 구간 95% 수준으로 one-way ANOVA test 를 시행하였고 Tukey’s HSD

test 로 사후 검정하였다.

- 10 -

Ⅲ. 결과

1. 내면 오차 측정 결과

내면 오차를 100 ㎛ 및 200 ㎛으로 설정한 실험군의 실제 내면 오차를 확인

하기 위하여 광학 현미경으로 측정한 코핑의 실제 내면 오차 값은 table.2에 나타

내었다.

Table. 2 Mean values and standard deviation of internal gap(µm)

group Mean SD N

a1gi, a1re, b1gi, b1re 121.8 17.98 20

a2gi, a2re, b2gi, b2re 212.3 21.92 20

2. 내면 오차 및 코핑 두께에 따른 파절 하중 측정 결과

유의 수준 5%에서 지르코니아 코핑의 파절 하중을 two-way ANOVA test 한

결과, 레진 강화형 글라스 아이오노머 시멘트로 합착한 실험군과 레진 시멘트로

합착한 실험군 모두 내면 오차가 100 ㎛인 실험군에 비해 200 ㎛인 실험군의

파절 하중이 유의성 있게 낮았다. 코핑 두께에 따른 파절 하중의 변화는 레진

강화형 글라스 아이오노머 시멘트로 합착한 경우와 레진 시멘트로 합착한 경우

모두에서 코핑 두께가 0.3 mm인 실험군에 비해 0.7 mm인 실험군의 파절 하중이

유의성 있게 높았다(Table3, 4).

- 11 -

Table 3. Two-way ANOVA analysis of fracture load of zirconia coping

cemented with RMGI cement

Source Sum of squares DF Mean squares F P

Coping thickness 3305658.050 1 3305658.050 199.994 .000

Internal gap 756216.050 1 756216.050 45.752 .000

Error 280988.850 17 16528.756

Total 3.172E7 20

Corrected Total 4342862.950 19

Table 4. Two-way ANOVA analysis of fracture load of zirconia coping

cemented with resin cement

Source Sum of squares DF Mean squares F P

Internal gap 352451.250 1 352451.250 8.034 .011

Coping thickness 9298388.450 1 9298388.450 211.957 .000

Error 745775.250 17 43869.132

Total 5.762E7 20

Corrected Total 1.040E7 19

- 12 -

Fig. 5 Means of fracture load for zirconia coping cemented with RMGI cement.

Fig. 6 Means of fracture load for zirconia coping cemented with resin cement.

- 13 -

3. 내면 오차와 코핑 두께가 동일한 실험군 내에서 시멘트에 따른

파절 하중 측정 결과

코핑 두께가 0.3 mm인 실험군에서는, 내면 오차가 100 ㎛인 경우와 200 ㎛인

경우 모두 레진 강화형 글라스 아이오노머 시멘트로 합착한 실험군 보다 레진

시멘트로 합착한 실험군의 파절 하중이 약간 높았으나 유의 차는 없었다. 코핑

두께가 0.7 mm 인 실험군에서는, 내면 오차가 100 ㎛인 경우와 200 ㎛인 경우

모두 레진 강화형 글라스 아이오노머 시멘트로 합착한 경우 보다 레진 시멘트로

합착한 실험군의 파절 하중이 유의성 있게 높았다(Fig.7).

Fig. 7 Means and standard deviations of fracture load in each group.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

a1gi a2gi a1re a2re b1gi b2gi b1re b2re

Fracture load(N)

- 14 -

4. 시편의 파절 양상 관찰 결과

대부분 파절된 시편은 intact 한 지르코니아 코핑 파편이 완전히 분리되어

떨어져 나오는 bulk fracture 형태를 보였으며, 실패한 단면은 금속 주모형으로

부터 시멘트 층이 완전히 분리된 adhesive failure 양상이 관찰되었다(Fig.8a).

그러나 소수의 시편에서는 국소적으로 지르코니아 코핑 표면에서 crack 이 진행

되고, 그 부위가 떨어져 나오는 파절 형태를 보였으며, cohesive failure 와

adhesive failure 가 혼재되어 나타났다(Fig.8b).

Fig. 8 An example photo of fractured zirconia coping. (a) Zirconia coping with

bulk fracture and adhesive failure. (b) Zirconia coping with cone crack

and mixed failure.

- 15 -

Ⅳ. 고찰

전부 도재관과 같은 도재 수복물은 기능과 심미성의 조화를 이루기 위해 여러

가지 조건을 갖추어야 하고, 그 중에서 지대치와의 적합도는 필수적이라 할 수

있겠다. 수복물과 지대치와의 적합도는 변연 적합도 및 내면 적합도로 구분할 수

있으며, 내면 적합도는 수복물의 유지력과 파절 저항성을 제고하는데 있어 중요한

요소이다.10 지대치와 수복물 사이 생기는 내면 오차는 치과용 시멘트로 채워지게

되는데, Rekow 등14은 지르코니아 수복물의 기계적 물성이 저하 되는 것을 막기

위해서 교합면 부위에서 내면 오차가 80 ㎛ 이하일 것을 추천하고 있다.

Tuntiprawon15은 글라스 세라믹 완전 도재관을 이용한 실험을 통해, 내면 오차가

73 ㎛에서 122 ㎛으로 증가하였을 경우, 파절 강도가 유의성 있게 감소하였다고

보고하였다. Rosenstiel 등16도 시멘트의 두께가 얇게 형성 되기 위해 수복물의

내면 오차를 가능한 줄여야 한다고 하였다. 그러나 임상에서 실제로 환자에게

적용되고 있는 지르코니아 도재 수복물의 경우, 내면오차가 200~250 ㎛로 보고

되는 경우도 있다.9

본 연구에서는 임상적으로 적절하지 못한 내면 적합도를 가질 경우, 지르코니아

수복물의 파절 하중이 어떻게 변화하는지 살펴 보았다. 파절 하중은 재료에 파절

이나 소성 변화를 일으키는데 필요한 궁극적인 스트레스로 정의 되며, 취성

재료의 기계적 변화를 예측하는데 도움을 주는 물성이라 할 수 있다.12,13 따라서

지르코니아 코핑의 파절 하중에 영향을 주는 요소를 규명함으로써, 지르코니아를

이용하여 치과 수복물 제작시 임상적 지침 마련을 위한 근거를 제시하고자

하였다.

실험 결과, 코핑의 두께 및 합착에 사용한 시멘트의 종류와는 무관하게 내면

오차가 100 ㎛인 경우보다 200 ㎛인 경우에서 지르코니아 코핑의 파절 하중은

유의성 있게 낮았다. 이 것은 지르코니아 수복물도 글래스 세라믹 도재관과

마찬가지로 부적절한 내면 적합도를 가지게 될 경우, 기계적 물성이 감소할 수

있다는 것을 보여준다.

- 16 -

지르코니아 수복물의 파절 저항성에 대한 연구는 단일관에서 3~4본 고정성

국소의치에 이르기 까지 다양한 형태로 이루어져 왔으나, 그 실험 결과는 대부분

일치하지 않고 다양한 파절 하중을 보고하였다. Suttor 등17은 수 종의 지르

코니아 수복물을 이용한 in vitro 실험을 통해 파절 하중이 1800~2000 N이라고

보고하였고, Tinschert 등18 은 3본 고정성 국소 의치를 이용한 실험을 통해 지르

코니아의 파절 하중이 2000 N 이상이라고 보고하였다. Sundh 등19 은 지르코

니아의 파절 하중이 2700~4100 N 사이 라고 보고하였으며, Luthy 등20 은 706

N에서 지르코니아 코핑이 파절되었다고 보고하였다. 그러나 각각의 연구 간에

시편의 조건 및 파절 하중의 측정 방법이 표준화되지 않았기 때문에, 연구 결과를

직접적으로 비교하기는 어렵다.

Tinschert 등18 은 완전 도재 수복물의 임상적 예후가 양호하기 위해서 초기

파절 하중이 최소한 1000 N 이상 되어야 한다고 하였다. 이 기준에 따르면, 내면

오차가 100 ㎛인 지르코니아 수복물의 파절 하중은 코핑 두께 및 합착용 시멘트와

상관없이 이 범주 안에 속한다고 할 수 있다. 그러나 내면 오차가 200 ㎛일 때

코핑 두께가 0.3 mm이면, 파절 하중은 이 기준에 미치지 못하게 되어

지르코니아 수복물의 임상적 예후는 양호하지 않을 수 있다. 그러나 내면 오차가

200 ㎛인 경우에서도, 코핑의 두께가 0.7 mm로 증가 시킨 실험군의 파절 하중 은

유의성 있게 증가하여 Tinschert 등이 제시한 기준을 만족시킬 수 있다. 따라서

코핑의 두께를 보강하면, 내면 적합도가 부적절하더라도 지르코니아 수복물의 파절

하중을 임상적으로 적절한 범주 내로 유지할 수 있을 것이라고 판단된다.

본 실험에 사용한 지르코니아 코핑의 두께는 0.3 mm와 0.7 mm로 구분하였다.

지르코니아 코핑의 두께는 통상적으로 전치부에는 0.3 mm, 구치부에는 0.5 mm

로 제작한다.36 Thomson 등37은 지르코니아 코핑의 두께가 증가할수록 코핑의

파절 하중은 증가하지만, 0.4 mm에서 1.0 mm 사이에서는 파절 하중의 큰 변화가

없고, 0.4 mm 미만인 코핑은 파절 하중이 유의하게 감소한다고 하였다. 이러한

점들을 고려하여, 코핑의 두께는 통상적으로 사용 되지만 코핑의 파절 저항성이

상대적으로 약한 0.3 mm와 파절 저항성이 유의성 있게 높은 0.7 mm로 설정

하였다.

- 17 -

전부 도재관의 파절 양상에 관하여 본 실험에서는 시편에 접촉 하중을 가하여

파절 하중을 측정하고자 하였다. Lawn 등32은 전부 도재관의 교합면에 수직으로

접촉 하중을 가하면, 시멘트 층과 도재관 사이 계면에서 인장력이 발생하고

균열이 생기기 시작하여 radial crack의 형성을 촉진시킨다고 하였다. 1999년

Kelly 등34은 임상적으로 실패한 전부 도재관에 대한 fractographic analysis를

통해, 전부 도재관과 시멘트 층 사이 계면에서 발생한 crack이 계면을 따라 측방

및 상방으로 전파되어 전부 도재관의 파절을 야기하며, 이러한 형태의 파절이

임상적으로 실패한 대부분의 전부 도재관에서 발견되는 양상이라고 하였다.

그러나 하중을 과도하게 가할 경우, 하중을 받는 도재관 표면에 하중이 집중되어

Hertzian cone crack이 발생하게 된다.37 따라서 전부 도재관의 임상적 실패와

관련된 요인 분석을 위해 실험을 설계할 때에는, 접촉 하중을 받는 도재관 표면

보다는 시멘트 층과 도재관 사이 계면에 하중이 전달 되도록 하기 위해, 급격

하게 하중을 가하지 않도록 해야 하고, 접촉면에 고르게 하중을 전달해야 한다.

본 실험에서는 파절 하중을 가할 때, universal testing machine의 cross head

speed를 기존 연구에서 제시한 바와 같이 0.5 mm/min로 하였다. 그러나

접촉면에 하중이 균일하게 전달되도록 하기 위해, Bindl 등35은 시편과 steel plate

사이에 1mm 두께의 tin pad를 게재 시키는 것을 추천하였으나, 본 실험에서는

steel plate와 시편을 직접 접촉시켰기 때문에, 일부 시편에서는 접촉 하중에 의한

스트레스가 국소적으로 한 부위에 집중 되었을 가능성이 높다. 실제로 대부분의

시편에서는 시멘트 층과 코핑 내면 사이 계면에서 파절이 진행된 radial crack

양상이 관찰되었으나(Fig.8a), 일부 시편에서는 코핑 표면에서 파절이 시작되어

내면으로 전파된 cone crack 형태가 관찰되었다(Fig.8b).

파절 하중은 응력-변형율 곡선에서 하중 값이 계속 증가하다가 처음으로 약간

감소하면서 나타나는 곡선의 불연속점이 파절 시작 하중이고, 완전히 파절이

일어나 곡선이 증가에서 감소로 전환되는 지점의 하중이 파절 종료 하중으로

구분된다. Bindl 등35은 0.4 mm 두께의 지르코니아 코핑의 파절 하중을 측정한

실험을 통해, 지르코니아는 파절 시작 하중보다 파절 종료 하중이 유의성 있게

높다고 보고 하였고, 그 원인으로 파절이 시작되면 지르코니아가 tetragonal

- 18 -

phase에서 monoclinic phase로 상전이 되면서 약간의 체적 팽창이 발생하고,

이로 인해 파절의 전파가 억제 되기 때문이라고 하였다. 또한, 파절 시작 시점

에서는 adhesive cementation이 non-adhesive cementation에 비해 지르코

니아의 파절 저항성을 유의성 있게 강화시켜 주지는 못했지만, 파절 종료

시점에서는 adhesive cementation한 실험군에서 파절 저항성이 유의성 있게

높았다. 이 것은 adhesive cement layer가 non-adhesive cement layer에 비해

압축 강도와 탄성 계수가 높아,26 치질과 같은 하부 지지구조로 하중을 전달하는

데 유리하기 때문이라고 설명하였다.

본 실험에서는 각 시편의 파절이 종료되는 시점의 하중을 측정하여 비교하였다.

실험 결과, 코핑 두께가 0.7 mm 인 실험군에서는 레진 강화형 글래스 아이오노머

시멘트를 사용한 경우에 비해 레진 시멘트를 사용한 경우에서 파절 하중이

유의성 있게 높았으며, 앞서 제시된 연구 결과와 일관성을 유지한다고 볼 수 있다.

코핑 두께가 0.3 mm인 실험군에서는 시멘트 종류에 따른 파절 하중의 유의 차는

없지만, 레진 시멘트로 합착한 실험군에서 파절 하중이 약간 증가하였으며, 코핑

두께가 0.7 mm인 실험군의 결과와 유사한 경향성을 나타내었다. 단, 두께가 0.3

mm 인 지르코니아 코핑은 두께가 0.7 mm인 코핑의 파절 하중에 절반에

불과하여 상대적으로 파절에 취약하므로, 레진 시멘트 층을 통해 하부 지지구조로

하중의 전달 양상이 개선 된다 하더라도 상전이에 의해 파절 하중이 개선되는

정도가 미약할 것으로 보인다. 따라서 글래스 아이오노머 시멘트에 비해 레진

시멘트를 사용한 실험군의 파절 하중이 약간 높았으나, 유의 차는 없는 결과가

나온 것으로 판단된다.

이번 실험에서 지르코니아 코핑의 내면 오차를 확인 하는 과정에서는 Molin과

Karlsson 등27이 제안한 리플리카 테크닉을 사용하였다. 레플리카 테크닉은 코핑

을 절단할 필요가 없기 때문에 간단하고 코핑 절단시 생길 수 있는 변형을 피할

수 있으며, 반복 측정도 가능하다는 장점이 있다. Habib 28등은 동일한 시편을

이용하여 내면 적합도를 측정하여 결과값을 비교해 본 후, 코핑을 절단하여

측정하는 방법과 리플리카 테크닉 사이 정밀도의 유의한 차이가 없다고 보고

하였다. 그러나 내면 오차를 복제하기 위해 사용하는 인상재(FitcheckerII, GC

- 19 -

Cop., Tokyo, Japan)의 혼합 비율 및 시간을 정확히 통제하기 어려웠으며, 시편에 담아 금속 주모형에 지압으로 안착시켰기 때문에, 측정의 정확성에 영향을 주었을 가능성이 있다. 최근에는 micro-CT를 이용하여 내면 오차를 측정하는 방법이 제시되었으며, 이 방법은 3차원으로 이미지를 재구성하여 내면 오차에 대한 비파괴적이면서 정량적 분석이 가능하며, 관찰 위치와 각도를 일관되게 유지할 수 있다는 장점이 있으므로, 추후 관련 연구 시 내면 적합도 평가 방법으로 고려해 보아야 할 것이다.29

이번 실험에 사용한 시편은 합착한 뒤 증류수에 담아 항온기에서 37℃로

48시간 동안 보관하였다. 이 과정은 실제 환자의 구강 내 환경에 지르코니아 수복물이 노출 되었을 경우를 재현하고자 하였다. 그러나 cyclic loading과 같은 기능압에 의한 수복물의 피로는 재현을 하지 못하였기 때문에, 파절 하중 측정에 영향을 미쳤을 가능성이 있다.

본 실험에서는 지르코니아 코핑에 압축력을 가하여 파절 하중을 측정하였다. 압축 시험은 압축력에 대한 재료의 저항력을 측정하는 것으로서 인장 시험과는 하중이 반대로 작용하므로, 압축면에서 마찰 저항으로 인해 시편의 형상이 변화되거나, 압축 과정에서 시편 굽힘이 발생하여 강도가 실제보다 낮게 나타나는 문제점이 있을 수 있다. 압축시의 재료 내부의 응력분포는 전단면에 걸쳐서 일정하지 않고 시편의 형상에 따라 변화하므로, 재현성 있는 결과를 얻기 위해서는 시편의 치수에 제한을 두는 것이 바람직하며, 보통 직경과 길이의 비가 0.4~1 정도의 것을 사용하는 것이 적절하다.30 본 실험에 사용한 시편의 직경과 길이의 비는 약 0.53으로 범위 안에 속하므로, 파절 하중 측정에 있어서 시편의 변형에 의한 오차 발생 가능성은 다소 적었다고 볼 수 있다. 그러나 도재의 기계적 물성과 임상적 예후를 예측하는데 있어서, 관련된 요소는 파절 하중 뿐만 아니라 파괴인성, 굽힘 강도 등이 주요한 지표이기 때문에, 파절 하중 만으로 임상적 예후를 예측하는 것은 한계가 있다.31

이번 실험에서는 지르코니아 코핑에 도재를 축성을 하지 않고 순수한 지르코니아 코핑의 파절 하중만을 측정하였다. Guazzato 등38은 코핑-비니어 구조의 전부 도재관의 강도는 주로 코핑의 강도에 의해 좌우 된다고 하였다.

- 20 -

따라서 지르코니아 코핑의 파절 저항성은 전부 도재관의 파절 저항성과 상관 관계가 있다고 볼 수 있으므로, 지르코니아 전부 도재관의 임상적 예후에 영향을 주는 요소로써 의의가 있다고 할 수 있다. 그러나 임상에서 사용되는 지르코니아 수복물은 도재 축성을 위한 공간을 일정하게 부여하기 위해 코핑의 두께를 부위별로 조절하는 것이 바람직하기 때문에32, 이상적인 지르코니아 수복물의 파절 하중을 측정하는 것과는 다소 차이가 있을 수 있다.

또한 이번 연구의 한계로서 각 실험군의 시편수가 적어 실험 결과를 일반화

하기에는 다소 어려울 것이며, 실험군 설정도 내면 오차 및 코핑 두께가 세분화

되지 못해 임상적 의의를 갖는 내면오차 및 코핑 두께의 임계값을 분석하기는

불가능하였다.

- 21 -

Ⅴ. 결론

본 연구에서는 LavaTM 시스템으로 제작한 지르코니아 코핑을 두께 및 내면

오차와 합착용 시멘트를 달리하여 수직 방향으로 정적 외력을 가하여 지르코니아

코핑의 파절 하중을 측정하였고, in vitro 실험의 한계 내에서 다음과 같은 결과를

얻었다.

4. 내면 오차가 100 ㎛인 경우에 비해 200 ㎛인 경우, 지르코니아 코핑의 파절

하중은 코핑 두께에 상관없이 유의성 있게 낮았다.

5. 지르코니아 코핑의 두께가 0.3 mm인 경우에 비해 0.7 mm인 경우, 지르

코니아 코핑의 파절 하중은 내면 오차에 상관 없이 유의성 있게 높았다.

6. 두께가 0.3 mm 코핑에서는 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트를 사용한

경우에 비해 레진 시멘트를 사용한 경우, 코핑의 파절 하중은 유의 차가

없었고, 0.7 mm 두께의 코핑에서는 레진 강화형 글래스 아이오노머 시멘트를

사용한 경우에 비해 레진 시멘트를 사용한 경우에서 파절 하중이 유의성 있게

높았다.

- 22 -

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- 26 -

Abstract

The influence of coping thickness and internal gap on fracture

resistance of zirconia coping

Jun Kang Kil

Department of Dentistry

The Graduate School Yonsei University

(Directed by Associated Professor June Sung Shim)

Various factors are involved in the clinical success of all ceramic crown

made of zirconia. Among them, internal gap of all ceramic crown is a

space for appropriate and uniform cement space. However, excessive

internal gap in all ceramic crown may increase the possibility of crown

fracture. Furthermore, the fracture resistance of the zirconia coping

depends on the thickness of the coping. The purpose of this study was to

investigate the influence of internal gap and coping thickness on fracture

resistance of zirconia coping.

The base of metal mold for specimen fabrication was 8 mm in

diameter, 10 mm in height and 5 mm in abutment length. 40 metal molds

were fabricated with a total convergence angle of 10 degree and milled

by milling machine. The fabricated specimen were each scanned by a

- 27 -

scanner(LavaTM Scan Optical 3D scanner) and their axial gap was set to

40 ㎛. The occlusal internal gap and coping thickness were designed

according to the condition of each test group. Zirconia blocks were

milled by the milling machine(LavaTM Form Computer-aided milling

machine) and sintered for 8 hours under 1,350 ℃ inside the

furnace(LavaTM Therm Sintering furnace). The internal gap of the

zirconia coping was verified with replica method. Each specimen was

cemented to the metal mold with resin modified glass ionomer cement

and resin cement according to the condition of each test group. The

coping was cemented onto the metal mold by applying 115 N static

load for 10 minutes. The cemented zirconia coping were stored for 48

hours in distilled water at 37 ℃. Fracture loads of specimens were

measured in a universal testing machine. Static load applied with a cross

head speed 0.5 mm/min parallel to axis. Measured data were analyzed

statistically with two-way ANOVA and one-way ANOVA test(α=.05).

The following results were obtained.

1. The fracture load of zirconia coping with 100 ㎛ internal gap

significantly lower than that with 200 ㎛ internal gap irrespective

of the coping thickness.

2. The fracture load of zirconia coping with 0.7 mm thickness

significantly higher than that with 0.3 mm thickness irrespective of

the internal gap.

3. There was no significant difference of fracture load in zirconia

coping with 0.3 mm thickness between cemented with resin

modified glass ionomer cement and resin cement. In 0.7 mm

- 28 -

thickness coping, the fracture load of group cemented with resin

cement was significantly higher than that cemented with resin

modified glass ionomer cement.

Key words: zirconia, internal gap, fracture load, coping thickness, cement