咬合接触領域はモノリス型二ケイ酸リチウムセラミッククラウンの機械的疲労性能および破折領域にどのように影響するか？

How does the occlusal contact region influence the mechanical fatigue performance and fracture region of monolithic lithium disilicate ceramic crowns?

抄録

目的:

咬合接触領域がモノリス型二ケイ酸リチウムセラミッククラウンの機械的疲労性能および破折領域に及ぼす影響を明らかにすること。

OBJECTIVE: To characterize the effect of the occlusal contact region on the mechanical fatigue performance and on the fracture region of monolithic lithium disilicate ceramic crowns.

材料および方法:

モノリス型二ケイ酸リチウムセラミッククラウンをCAD/CAMシステムで加工し，ガラス繊維強化エポキシレジン製プレパラートにレジンセメントで接着した．クラウンは荷重負荷部位によって3群（n=16）に分けられた（カスプチップ：カスプ先端に限定、カスププレーン：カスプ傾斜面に限定、ミックス：カスプ先端とカスプ傾斜面を関連）。試験片を繰返し疲労試験に供した（初期荷重：200N：初期荷重：200N、ステップサイズ：100N、サイクル/ステップ：20,000、荷重頻度：20Hz、荷重アプリケーター：直径6mmまたは40mmのステンレス鋼）を、亀裂（第1結果）および破断（第2結果）を観察するまで行った。データはKaplan-Meier+Mantel-Coxポストホック検定により両結果（亀裂および破断）について分析した。有限要素解析(FEA)、咬合接触領域、接触半径の測定、および破折分析を行った。

MATERIALS AND METHODS: Monolithic lithium disilicate ceramic crowns were machined in a CAD/CAM system and adhesively luted onto glass-fiber reinforced epoxy resin preparations with resin cement. The crowns were divided into three groups (n = 16) according to load application region (cusp tip: restricted to cusp tips; cusp plane: restricted to cuspal inclined plane; or mixed: associating tip cusp and cuspal inclined plane). The specimens were submitted to a cyclic fatigue test (initial load: 200 N; step-size: 100 N; cycles/step: 20,000; loading frequency: 20 Hz; load applicator: 6 mm or 40 mm diameter stainless steel) until observing cracks (1st outcome) and fracture (2nd outcome). The data were analyzed by the Kaplan-Meier + Mantel-Cox post-hoc tests for both outcomes (cracks and fracture). Finite element analysis (FEA), occlusal contact region, contact radii measurements, and fractographic analyzes were performed.

結果:

混合群は、最初の亀裂の結果について、咬頭傾斜面群（656N/111,250サイクル）と比較して、より悪い疲労機械的挙動（550N/85,000サイクル）を示したが（p<0.05）、咬頭先端群は両群と同程度であった（588N/97,500サイクル）（p>0.05）。混合群は、他の群（尖端：1644 N / 293,312サイクル、尖端傾斜面：1631 N / 295,170サイクル）に対して最悪の疲労挙動（1413 N / 253,029サイクル）を示した：歯冠破折の結果を考慮すると、1631 N / 295,174サイクル）であった（p<0.05）。FEAでは、荷重負荷領域の直下に高い引張応力集中領域が認められた。また、咬頭傾斜面に荷重をかけると、溝部により高い引張応力集中が生じた。歯冠破折で最も多かったのは壁破折であった。溝破折は、咬頭傾斜面にのみ荷重をかけた試験片の50%で観察された。

RESULTS: The mixed group presented worse fatigue mechanical behavior (550 N / 85.000 cycles) compared to the cuspal inclined plane group (656 N / 111,250 cycles) (p < 0.05) for the first crack outcome, while the cusp tip group was similar to both groups (588 N / 97,500 cycles) (p > 0.05). The mixed group had the worst fatigue behavior (1413 N / 253,029 cycles) in relation to the other groups (Cusp tip: 1644 N / 293,312 cycles; Cuspal inclined plane: 1631 N / 295,174 cycles) considering the crown fracture outcome (p < 0.05). FEA showed higher tensile stress concentration areas just below the load application region. In addition, loading on the cuspal inclined plane induced a higher tensile stress concentration in the groove region. The most prevalent type of crown fracture was the wall fracture. Groove fracture was observed in 50% of the loading specimens exclusively on the cuspal inclined plane.

結論:

異なる咬合接触部位への荷重負荷は、応力分布パターンに影響を及ぼし、その結果、モノリス型二ケイ酸リチウムセラミッククラウンの機械的疲労性能および破折領域に影響を及ぼす。修復セットの疲労挙動をより適切に評価するために、異なる領域での荷重の組み合わせが推奨される。

CONCLUSION: Load application on distinct occlusal contact regions affects the stress distribution pattern and consequently the mechanical fatigue performance and fracture region of the monolithic lithium disilicate ceramic crowns. A combination of loading at distinct regions is recommended to promote better evaluation of the fatigue behavior of a restored set.