3종의CAD/CAM 시스템에서 지르코니아 코어의 파절 강도에 관한 비교 연구 document_id A220517035126

최근 CAD CAM 시스템을 이용하여 제작된 지르코니아 코어의 사용이 증가하고 있다. 하지만 국내 기술력을 이용한 제품에 대한 연구는 아직 미흡한 단계이다. 본 연구의 목적은 3종의 CAD CAM 시스템에서 단일 전부 도재관을 위한 지르코니아 코어의 파절 강도를 비교하는 것이다. 본 연구를 위해 상악 중절치 부위의 전부도재관을 위한 30개의 지르코니아 코어를 제작하였다. 각 군은 다음과 같다. Adensဂ CAD CAM 시스템 군, Cerasysဂ CAD CAM 시스템 군, Lavaဂ CAD CAM 시스템 군. 모든 시편은 두께 0.5mm, relief 40㎛로 일관성 있게 제작하였다. 시편은 Z250 SN5S을 이용하여 파절 강도를 측정하였다. 각 군의 평균과 표준편차를 구하고, 각 군간의 유의성을 알아보기 위해 Kruskal waillis test와 Wilcoxon Rank Sum test를 시행하였다. 본 연구 결과, 각 군의 파절 강도는 Adensဂ 시스템은 615.89±156.1N, Cerasysဂ 시스템은 863.98±151.5N, 3M Lavaဂ 시스템은 1143.1±286.6N 이었다. 각 군의 파절 강도는 3M Lavaဂ 시스템, Cerasysဂ 시스템, Adensဂ 시스템 순으로 통계학적으로 유의한 수준의 차이를 보였으나, 세 그룹 모두 임상적으로 사용 가능한 결과를 나타냈다. 실제 임상에서 장기간의 사용에 대한 연구가 필요할 것이다. 새로운 치과 재료의 개발로 도재관의 물성과 심미적 성질은 나날이 증가하고 있다. 이는 심미성을 중시하는 현대인의 욕구와 부합하여 점차 많은 환자에게서 사용되어지고 있는 추세이다. 전부 도재관의 단점 중하나로 지적되던 강도에 있어서 점차 새로운 재료의개발로 이를 극복할 수 있게 되어 금속 도재관은 비심미적이라는 단점과 함께 점차 사용이 줄어들고 있다. 1965년 알루미나 코어를 이용하여 강도를 현저히 증가시킨 전부 도재관이 개발되었지만 제작과정이 복잡하고 강도가 충분하지 못했다. 1984년 개발된 Dicor 도재관은 외형 형성이 용이하고 적합성이 향상되었지만 강도가 부족하고 심미성이 뛰어나지 못했다. 1989년 소개된 In Ceram은 slip casting 방법으로 알루미나 코어를 제작하는 방식으로 전치부 전부 도재관의 제작이 가능해졌다. 1990년 Ivoclar회사에 의해 개발된 IPS Empress 시스템은 결정화된 도재를 가열 및 가압하여 수복물을 제작한다. 뛰어난 심미성을 자랑하지만 낮은 굴곡강도로 인하여 전치부 전부 도재관으로의 사용이 제한적이다. 이러한 재료의 취약한 성질을 보강하기 위해 Lithium disilicate로 구성된 높은 강도의 IPS Empress Ⅱ가 개발되었다. 유리기질 내 긴밀히 결합된 Lithium disilicate 결정들의 미세구조들이 서로 맞물리는 구조로 배열되어 파절 전달을 차단함으로써 파절인성과 굴곡강도의 증가를 가져왔다. 하지만 여전히 구치부 고정성 국소의치로 사용하기에는 한계가 있다. 지르코니아는 산화 지르코니움의 총칭으로 화학적 안정성, 체적 안정성을 보이며, 26 기존의 도재에 비해 높은 굴곡 및 파절강도를 지니고 있다. 이는 다형 구조로 1170C 까지는 단사정계의 상으로 유지되다가 2370C까지는 정방정계의 상으로 유지된다. 그 이상의 온도에서는 입방형의상 형태를 지닌다. 가공 후 냉각되면서 3 5%의 체적확장이 일어나 균열의 시발점에 반하여 내적 스트레스의 발달을 유도하고 결국 균열에 대한 저항을 증가시키는 성질 때문에 기존의 도재에 비해 높은 파절강도를 갖게 된다. 이 재료는 1789년에 발견되어 주로 가공산업분야에서 많이 사용되다가 1969년 의학분야에서 인공고관절 등의 제작을 위해 사용하기 시작했다. 이후 치과분야에서 근관용 포스트, 임플랜트 지대주, 교정용 브라켓 등에 사용하기 시작했다. 하지만 높은 강도 때문에 통상적인 도재 수복물을 위한 제작방법으로는 가공이 어려워 도재 수복물로는 사용되지 않았는데최근에는 지르코니아 블럭을 CAD CAM 시스템으로 절삭, 가공하여 고정성 보철물에도 사용되고 있다. CAD CAM 시스템은 컴퓨터를 이용한 입력, 설계가공을 통해 보철물을 제작하는 방식으로, 왁스로 형태를 형성하고 주조를 통해 보철물을 제작하는 방법이나 도재를 축성해 열가압시켜 만드는 방식과는 다른점이 많다. CAD CAM 시스템을 이용한 기공작업 시제작기간을 줄일 수 있고, 정밀도는 증가시킬 수 있으며 기존의 방식으로는 가공할 수 없었던 재료도 사용이 가능하다. 또한 상온에서의 기계적인 작업으로 제작되므로 기포, 진류응력 등은 감소하고, 밀도는 증가시켜 보철물의 물성을 매우 향상시킨다. 특히CAD CAM 시스템의 임상 적용시 장기간의 성공여부에서도 좋은 결과를 나타낸다는 보고가 있다. 따라서 최근 CAD CAM 시스템을 이용한 지르코니아 수복물의 사용 범위가 넓어지고 있다. 전부 도재관의 성공에 대한 기본적이며 중요한 평가요소 중 하나는 기능 운동 시 하중에 의해 파절되지 않는 충분한 파절강도를 지녀야 한다는 것이다. 본 실험에서는 다른 조건의 변수를 제외하고 시스템간의 코어에 대한 파절강도만을 측정, 비교하였다. 수종의 전부 도재관 코어의 파절강도를 정확히 비교하기 위해서는 각 시스템을 제외한 모든 조건이 동일해야 한다. 따라서 비교할 수 있는 모든 수복물 시편은 한 개의 작업모형에서 제작되는 것이 바람직하다. 따라서 본 실험에서는 한 개의 레진 치아를 삭제하여 30번의 인상 채득 후 동일한 금속 주모형 30개를 제작, 이를 이용하여 실험하였다. 실제 임상에서의 조건을 부여하기 위해 각각의 금속 주모형을 다시 인상채득, 작업 모형을제작하여 이를 이용, 각 시스템 별로 코어를 제작, 이를 금속 주모형에 합착한 후 파절강도를 측정하였다. 기존에 발표된 다수의 논문에서 전부 도재관의 파절강도는 차이가 있는데 이는 지대치 형성의 설계, 코어의 두께, 인공 치관의 두께, 하중이 가해지는 방향, 하중이 가해지는 위치, loading stylus 방경, 열순환, 반복 하중 시행 여부, 지지모형의 탄성계수, 접착재의 종류 등의 조건들이 다르기 때문이다. 코어의 두께 및 강도는 전부 도재관의 성공여부와 관련이 깊다. 황 등은 전부 도재관의 강도는 코어의 재료 및 제작 방법에 따라 차이가 있다고 하였고, Seghi, Lee 등도 전부 도재관의 제작 시 코어의 탄성계수가 클수록 전부 도재관의 강도가 더 강해진다고하였다. 코어에 상아질용 및 법랑질용 도재가 축성되어지고 연마, 착색, 글레이징 등 다양한 처리가 적용되어 완성된 강도를 지니게 되므로 코어 자체만으로 전부 도재관의 파절 저항성을 평가할 수는 없다. 하지만 코어의 강도가 완성된 보철물에 큰 영향을 미치는 것은 분명하다. 그리고 코어 위에 축성된 도재는 기공사의 숙련도에 따라 오차를 가져올 수 있는 요소이기 때문에 본 실험에서는 코어의 강도만을 측정하였다. 코어의 두께는 각 제조회사마다 권장하는 양의 차이가 있었는데 모든 시스템의 권장 범주 내에 들 수 있도록 두께는 0.5mm, 내면 relief 양은 40μm으로 하였다. 본 실험과 관련된 부분 중 합착재에 따른 차이를 고려해야 한다. 하지만 이 부분에 대해서는 여러 논문에서 견해가 다른 부분이 많다. 지르코니아의 경우 도재내면에 적용하여야 하는 산부식 및 실란 처리가 도움이 되지 않는다는 보고가 있고, 압축강도에 있어서 인산아연시멘트, 글래스 아이오노머 시멘트, 레진시멘트 간에 유의한 차이를 보이지 않는다는 연구 보고가 있었다. 따라서 본 실험에서는 지르코니아 코어내면 처리를 따로 하지 않았으며, 기계적, 화학적 결합에 의한 강도 증가 및 뛰어난 심미성으로 인해 전부도재관 합착 시 권장되는 레진시멘트를 이용하여 합착하였다. 파절강도에 영향을 미치는 요소 중 지지모형에 따른 차이도 고려해야 하는데, Scherrer 등은 실험 연구에서 지지모형의 탄성계수가 커질수록 파절강도는 증가한다고 보고하였다. 본 실험에서는 지대치 모형으로 Ni Cr alloy를 사용하였는데, 이는 상아질에 비해 탄성계수가 매우 크다. 따라서 실제 자연치에 적합된 경우에는 보다 낮은 수치의 파절강도가 예상된다. 실험 결과 분석을 위해 비모수적 통계 분석을 이용하였다. 통계적 추론의 신뢰도는 일반적으로 모수 통계 분석이 비모수 분석보다 높기 때문에 모수적 방법을 이용할 수 있으면 비모수적 방법을 사용해서는 안된다. 모수적 방법을 사용하려면, 추출한 표본의 모집단이 정규분포를 이루어야 한다는 가정이 필요한데, 본 실험 결과처럼 산포도가 큰 경우에는 10개의 시편수로 모집단의 정규성을 가정할 수 없다. 이 때에는 비모수 통계 추론이 보다 정확한 분석법이 된다. 본 실험 결과 Kruskal Waillis test에서 5% 유의수준으로 근사 유의 확률이 P=0.0003로써 각 군간의 평균값이 다르다는 것을 알 수 있고, 5% 유의수준으로 한 Wilcoxon Rank Sum test 결과에서 3M LAVA CAD CAM 시스템, CerasysCAD CAM 시스템, Adens CAD CAM 시스템 순으로 높은 파절강도를 나타냈다. 여러 문헌에서 연구한 최대 교합력의 평균치는 생체 내 연구를 통한 것은 아니지만 임상적으로 도재관의 사용에 있어 참고가 될 수 있다. 일반적인 전치의 평균 교합력을 155N이라고 보았을 때19, 본 실험에서는 모든 군에서 임상적으로 사용 가능한 수치를 나타냈다. 본 실험에서 도재관의 파절양상은 대부분 하중이 가해진 설측 하중점에서 근원심 인접면을 따라 순측 치경부 방향으로 진행되어 코어가 순설측으로 분리되는 쐐기모양의 파절양상을 나타냈다. 파절은 설측의 치경부쪽으로는 진행되지 않았다. 이러한 양상은 기존의 논문에서 이미 보고된 파절양상과 비슷하다. 전부 도재관의 파절저항은 재료 외에도 치아의 적절한 지지, 적절한 환자의 선택, 기공사의 숙련 등에 의해 영향을 받는다. 본 실험에서는 구강내 환경과 유사한 반복적 스트레스와 전단력, 온도 변화, 젖음 상태, 전부도재관의 형태 등과 같은 조건이 고려되지 못했다. Kelly 등이 1995년 발표한 문헌에 따르면 도재의 파절은 일시에 작용하는 큰 힘보다는 주로 반복된 작은 힘에 의한 피로 때문이라고 한다. 향후 상기 요소들이 포함된 실험연구와 임상연구가 계속 이루어져야할 것이다. 본 연구는 전부 도재관 제작을 위해 최근에 개발되어 쓰이고 있는 3종의 CAD CAM 시스템을 이용, 지르코니아 코어를 동일한 형태로 제작한 후 만능시험기를 이용하여 파절강도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. Adens 시스템은 615.89±156.1N, Cerasys시스템은 863.98±151.5N, 3M LAVA 시스템은 1143.1±286.6N의 파절강도를 보였다. 각 군의 파절강도는 3M LAVA 시스템, Cerasys 시스템, Adens 시스템 순으로 통계학적으로 유의할 수준의 차이를 보였다.