下顎第一大臼歯におけるセラミック修復物の破壊強度と応力分布に及ぼす軸方向壁設計の違いの影響

Impact of different axial wall designs on the fracture strength and stress distribution of ceramic restorations in mandibular first molar.

抄録

背景:

本研究の目的は、4種類のセラミック修復物の破壊強度と応力分布を調査することである。

BACKGROUND: The purpose of this study was to investigate the fracture strength and stress distribution of four ceramic restorations.

方法:

40本のヒト下顎第一大臼歯を採取し、遠位欠損を設定した後、以下の4群に無作為に割り付けた：軸方向壁高さ（AWH）4mmのフルクラウン群（FC4）；AWH2mmのショートAWHクラウン群（SC2）；AWH0mmの咬合ベニア群（OV0）；遠位面のみを作製した咬合遠位ベニア群、AWH4mmの咬合ベニア群（OD4）。各グループに従って歯牙を準備し、celtra duoセラミックブロックを用いてセラミック修復を完成させた。咬合面のセラミック厚みは約1.5mm、エッジは約1mmである。各群の破折荷重値と破折モードは、in vitroの機械的試験により検出した。3次元有限要素解析（FEA）モデルを確立するために、各グループに従って、直径6mmの半球圧子を用いて600Nの荷重を垂直に加え、異なる修復物の条件下での応力分布を比較した。

METHODS: Forty human mandibular first molars were collected and randomized into four groups after establishing the distal defect: full crown group with 4 mm axial wall height (AWH) (FC4); short AWH crown group with 2 mm AWH (SC2); occlusal veneer group with 0 mm AWH (OV0); occlusal distal veneer group with only the distal surface prepared, and 4 mm AWH (OD4). The teeth were prepared according to the groups and the ceramic restorations were completed using celtra duo ceramic blocks. The ceramic thickness of the occlusal surface is about 1.5 mm and the edge is about 1 mm. The failure load values and fracture modes of each group were detected by mechanical test in vitro. According to the groups to establish three-dimensional finite element analysis (FEA) models, a 600 N loading force was applied vertically using a hemispherical indenter with a diameter of 6 mm. and compare the stress distribution under the condition of different restorations.

結果:

In vitro機械的試験の結果、破壊荷重値はSC2(3232.80±708.12N)>OD4(2886.90±338.72N)>VO0(2133.20±376.15N)>FC4(1635.40±413.05N)であった。短いAWHクラウンおよび咬合遠位ベニアの破折荷重値は，咬合ベニアおよびフルクラウンの破折荷重値よりも有意に高かった（P<0.05）．フルクラウンおよびオクルーザルベニア群の破折モードは，主にセラミック破折であり，一部は修復可能歯破折であった．ショートAWHクラウン群と咬合遠位ベニア群では，3つの破折モードが認められ，修復不可能な歯の破折の割合が高かった．FEAの結果から，球面荷重条件下では，セラミックの応力は荷重ヘッドの接触部に集中し，最大von Mises応力値はFC4（356.2MPa）＞VO0（214.3MPa）＞OD4（197.9MPa）＞SC2（163.1MPa）であった．エナメル質の応力は残存エナメル質の薄い部分に集中し、フォンミーゼス応力の最大値はOD4(246.2MPa)≒FC4(212.4MPa)>VO0(61.8MPa)≒SC2(45.81MPa)であった。象牙質の応力は根のファーケーションと上部3分の1領域に集中している。しかし，全歯冠では歯頸部に応力集中が認められた．

RESULTS: In vitro mechanical tests showed that the failure load values were SC2 (3232.80 ± 708.12 N) > OD4 (2886.90 ± 338.72 N) > VO0 (2133.20 ± 376.15 N) > FC4(1635.40 ± 413.05 N). The failure load values of the short AWH crown and occlusal distal veneer were significantly higher than that of occlusal veneer and full crown (P<0.05). The fracture modes of the full crown and occlusal veneer groups were mainly ceramic fractures and some were restorable tooth fractures. The short AWH crown and occlusal distal veneer groups presented with three fracture modes, the proportion of non-restorable tooth fracture was higher. The results of FEA show that under the spherical loading condition, the stress of ceramic was concentrated in the contact area of the loading head, the maximum von Mises stress values were FC4 (356.2 MPa) > VO0 (214.3 MPa) > OD4 (197.9 MPa) > SC2 (163.1 MPa). The stress of enamel was concentrated in the area where the remaining enamel was thinner, the maximum von Mises stress values was OD4 (246.2 MPa) ≈ FC4 (212.4 MPa) > VO0 (61.8 MPa) ≈ SC2 (45.81 MPa). The stress of dentin is concentrated in the root furcation and the upper third region of the root. However, stress concentration was observed at the tooth cervix in the full crown.

結論:

特定の条件下では，咬合遠位ベニアはフルクラウンよりも優れた性能を示す．

CONCLUSION: Under certain conditions, the occlusal distal veneer shows better performance than the full crown.