Color stability and wear behavior of interim restorative materials for digital dentistry

Abstract

연구목적: 최근의 디지털 제작 방식 활용의 확대는 치과 수복 분야에 상당한 영향을 미쳤다. 그러나 적층 가공법을 이용한 치과용 임시 수복 재료의 광학적 및 기계적 특성에 관련된 연구는 많지 않다. 따라서 본 연구의 목적은 디지털 치과용 임시 수복 재료들의 광학적 및 기계적 특성을 평가하는 것이었다. 실험 I에서는 3D 프린팅용 레진, CAD/CAM 밀링용 레진, 종래형 임시 수복용 레진의 마모에 따른 마모량과 표면 변화를 비교 평가하였다. 실험 II는 구강세정제 사용에 따른 디지털 임시 수복 레진과 기존의 임시 수복용 레진 재료의 색 안정성 및 표면 변화를 비교 평가하였다.

연구방법: 실험 I을 위하여 3D 프린팅용 레진, 밀링용 레진, 종래형 PMMA 레진을 이용해 총 48개의 직육면체 모양 시편을 제작하였다. 각 재료의 시편들을 다시 두 그룹으로 나누어 30,000회 또는 60,000회의 저작 시뮬레이션을 수행하였다(n=8). 각각의 재료의 마모량과 표면거칠기를 비교분석하였다. 통계분석은 일원배치 분산분석을 시행하였다(α=.05). 실험 II를 위하여, 실험 I에서 사용한 것과 동일한 세가지 종류의 임시 수복용 레진으로 디스크 모양의 시편을 그룹당 10개씩 제작하였다(n=10). 제작한 세가지 종류의 시편들을 증류수(대조군), 미백기능강화 구강세정액, 종래형 구강세정액으로 나누어 단기간(1, 3, 6시간) 및 장기간(24, 72, 168시간)으로 세정하였다. 세정 전 후에 각각의 시편의 색조를 분광광도계를 사용하여 측정하였고, 색 변화량(∆E00)을 계산하였다. 표면거칠기, 표면 형태도 함께 평가하였다. 통계 분석은 Shapiro-Wilk 정규성 검정 후, Kruskall-Wallis 비모수 분석법을 사용하였다(α=.05).

연구결과: 실험 I의 결과, 60,000 사이클 후의 마모량은 종래형 레진의 마모량이 0.44±0.01 mm3으로 가장 컸으며, 밀링용 레진 0.21±0.02 mm3, 3D 프린팅용 레진 0.10±0.01 mm3순으로 작았다. 종래형 레진 군의 마모량은 밀링 군과 3D 프린팅 군보다 유의하게 컸다(p<.001). 60,000 사이클 후 표면거칠기(Ra)는 3D 프린팅 군이 0.59±0.06 µm으로 가장 작았고, 밀링 및 종래형 군에서 각각 1.27±0.49 µm, 1.64±0.44 µm순으로 컸다. 마모 후 3D 프린팅 및 종래형 군의 표면거칠기에서 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다(p=.01). 실험 II의 결과, 6시간 동안 세정하였을 때는, 밀링용 레진의 색조 변화는 종래형 레진의 색조 변화와 유의한 차이가 없었지만(p>.334), 프린팅용 레진은 유의하게 큰 색조 변화를 보였다(p<.007). 종래형 구강세정제를 사용할 때 가장 큰 색조 변화가 관찰되었으나, 모든 색조 변화는 인지 가능 역치 미만이었다. 168시간 동안 세정하였을 때는, 모든 레진 그룹에서 종래형 구강세정제를 사용했을 때 인지 가능한 색조 변화를 보였고, 프린팅용 레진은 2.24±0.2로 가장 큰 ∆E00을 나타냈다. 단기 및 장기 시뮬레이션 모두에서 종래형 구강세정제로 세정된 프린팅용 레진이 증류수로 세정된 것에 비해 보다 큰 표면거칠기를 보였다(p<.009).

결론: 적층 및 절삭 제작된 디지털 치과용 임시 수복 재료들은 마모 후 종래형 레진과 비교하여 적은 마모량을 보였다. 구강세정제 적용 후 모든 임시 수복 재료들에서 색 변화가 관찰되었으나, 6개월 이내의 임상 사용을 시뮬레이션 한 경우, 해당 색 변화값들은 인지 가능 역치에 비해 낮았다. 본 연구의 결과는 디지털 방식으로 제작하는 적층 및 절삭 가공용 임시 수복 레진이 통상적인 임시 수복 기간 동안의 임시 수복물 재료로 기능할 수 있을 것임을 시사한다.

Objectives. Evidence regarding the optical and mechanical properties of digitally fabricated interim restorations is lacking. In this study, the following two experiments were conducted. Experiment I investigated the wear resistance and surface roughness of three interim resin materials, which were subjected to chewing simulation. Experiment II evaluated whether different mouth rinses could affect the color and surface roughness of milled and printed interim restorations after simulated oral rinsing.

Materials and Methods. For Experiment I, three interim materials were evaluated: (1) three-dimensional (3D) printed (digital light processing type), (2) computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) milled, and (3) conventional polymethyl methacrylate interim resin materials. A total of 48 substrate specimens were prepared. The specimens were divided into two subgroups and subjected to 30,000 or 60,000 cycles of chewing simulation (n=8). The wear volume loss and surface roughness of the materials were compared. Statistical analysis was performed using one-way analysis of variance and Tukeys post hoc test (α=.05). For Experiment II, disc-shaped specimens (N=180; 15×2 mm) were fabricated using conventional, milled, and printed resin materials. All resin specimens were divided into three different groups according to the rinsing material: distilled water, whitening mouth rinse, and conventional mouth rinse. The specimens were further allocated into short- and long-term groups, and oral rinsing simulation was performed (n=10). The color differences (CIEDE2000, ∆E00) between the baseline and each time point were determined by using a spectrophotometer. The surface roughness of the tested specimens was measured using a confocal laser scanning microscope. Kruskal–Wallis tests with nonparametric pairwise comparisons were used to analyze the data (α=.05).

Results. According to the results of Experiment I, the mean±standard deviation value (SD) volume losses (mm3) against the metal antagonist after 60,000 cycles were 0.10±0.01 for the 3D printed resin, 0.21±0.02 for the milled resin, and 0.44±0.01 for the conventional resin, respectively. Statistically significant differences among volume losses were found in the order of 3D printed, milled, and conventional interim materials (p<.001). After 60,000 cycles of simulated chewing, the mean surface roughness (Ra; µm) values for 3D printed, milled and conventional materials were 0.59±0.06, 1.27±0.49, and 1.64±0.44, respectively. A significant difference was found in the Ra value between 3D printed and conventional materials (p=.01). Experiment II showed the following results. On simulation of a 6-month use of the mouth rinse, the color change in the milled resin was not different than that in the conventional resin (all p>.334), but the printed resin showed a significantly greater color change (all p<.007). The greatest color change was observed when a conventional mouth rinse was used. However, all color changes were below the perceptible threshold. When daily rinsing for 14 years was simulated, all resin groups showed a perceptible color change when conventional mouth rinse was used, and the printed resin showed the greatest ∆E00 of 2.24±0.2. In both short-term and long-term simulations, the printed resin rinsed with the conventional mouth rinse showed significantly greater roughness than that rinsed with distilled water (all p<.009). Conclusion. The interim restorative materials for additive and subtractive manufacturing digital technologies exhibited less wear volume loss than the conventional interim resin. The 3D printed interim restorative material showed a smoother surface than the conventional interim material after simulated chewing. Printed resin showed lower color stability than the conventional resin, and the color change in it was greatest on using the conventional mouth rinse. However, after simulating 6 months of daily mouth rinse use, all the tested resin materials exhibited imperceptible color change and clinically acceptable surface roughness. Additively and subtractively manufactured interim resin materials can be selected for general interim restoration periods.