ヒトと知識ベースAIが設計した二ケイ酸リチウム歯冠の形態と破折挙動

Morphology and fracture behavior of lithium disilicate dental crowns designed by human and knowledge-based AI.

抄録

本研究は，知識ベースAI（CEREC，バイオジェネリック個人機能，BI）と異なるヒト（経験豊富な技工士，TD，訓練を受けた歯科学生，AD）がCADソフトウェアを用いて設計した12名のヒトの45番小臼歯の二ケイ酸リチウムセラミック歯冠の咬合形態と破折挙動を比較することを目的とした．歯冠設計のデジタルデータセットは、咬合形態のプロファイルとボリュームの不一致、および機能的な咬頭角の違いを評価するために、元の歯とベストフィットさせた。粉砕および焼結した二ケイ酸リチウム冠を3Dプリンターで作製した歯科用模型にレジン接着し，軸荷重-破折試験を行った．破壊荷重と破壊様式を記録し，検討した．統計解析には，反復測定ANOVA（LSD事後検定付き），クラスカル・ワリス検定，ピアソンの相関係数，一対のt検定，カイ二乗正確検定を用いた（α＝0.05）．BIで作製されたクラウンは最も高い咬合プロファイルの不一致（0.3677±0.0388mm）を示したが，ヒトCADで設計されたクラウンは元の歯に対する高い適合性を示した（TD：0.3254±0.0515mm，AD：0.3571±0.0820；z-差分法；p＜0.001）．尖角はBIとTDを除くすべての群で有意差が認められた（原歯54.76±3.81°，BI70.84±4.31°，TD67.45±5.30°，AD62.30±7.92°；p<0.001）．3群のクラウンデザインはすべて臨床的に許容できる破折抵抗性（BI群1556.09±525.68N、TD群1486.00±520.08N、AD群1425.77±433.34；p＝0.505）を達成することができ、破折強度に有意差は認められなかったが、ほとんどのクラウンは基質破折のために臨床的に修復不可能な破局的バルク破折を示した。BI群では、TD群（p=0.014）およびAD群（p<0.001）に比べ、修復可能な基質損傷の割合が有意に高かった。結論として、二ケイ酸リチウム歯冠の設計においては、知識ベースのAIよりも人間によるCAD設計の方が優れている可能性がある。

This study aimed to compare the occlusal morphology and fracture behavior of lithium disilicate ceramic dental crowns on 12 human participants' premolar #45 designed by a knowledge-based AI (CEREC, biogeneric individual function, BI) and different human personnel (experienced technician, TD, and trained dental students, AD) using CAD software. Digital datasets of crown design were best-fit aligned with the original teeth to evaluate profile and volume discrepancies of the occlusal morphology, and difference in the functional cuspal angle. Milled and sintered lithium disilicate crowns were resin-luted to 3D-printed dental casts and were subjected to axial load-to-fracture test. The fracture loads and failure modes were recorded and examined. Repeated measures ANOVA with LSD post-hoc test, Kruskal-Wallis test, Pearson's correlation coefficient, paired t-test, and chi-square exact test were used for statistical analyses (α = 0.05). BI-generated crowns showed the highest occlusal profile discrepancy (0.3677 ± 0.0388 mm), whereas human-CAD designed crowns showed higher conformity to the original teeth (0.3254 ± 0.0515 mm for TD, 0.3571 ± 0.0820 for AD; z-difference method; p < 0.001). Cusp angle values were significantly different in all groups except BI and TD (54.76 ± 3.81° for the original teeth, 70.84 ± 4.31° for BI, 67.45 ± 5.30° for TD, and 62.30 ± 7.92° for AD; p < 0.001). Although all three groups of crown designs could achieve clinically acceptable fracture resistance (1556.09 ± 525.68 N for BI, 1486.00 ± 520.08 N for TD, 1425.77 ± 433.34 for AD; p = 0.505) such that no significant difference in fracture strength was found, most crowns presented catastrophic bulk fracture that was not clinically restorable because of the substrate fracture. Group BI had a significantly higher percentage of restorable substrate damage than TD (p = 0.014) and AD (p < 0.001). In conclusion, in designing lithium disilicate dental crown, CAD design with human may be better than knowledge-based AI.