Effect of the Hemispherical Dimples at Titanium Implant Abutments for the Retention of Cemented Crowns

Abstract

목 적 : 본 연구의 목적은 CAD/CAM 밀링으로 제작한 티타늄 임플란트 지대주에 반구 형태의 딤플로 기계적인 유지를 형성하여 시멘트 유지형 보철물 접착 시 유지력 변화에 대해 알아보는 것이다. 본 연구의 귀무가설은 시멘트 유지형 임플란트 보철물에서 지대주 벽에 딤플 모양을 사용했을 때 평균적인 유지력에 차이가 없다는 것으로 설정하였다.

방 법 : 총 180개의 시편을 12개의 그룹 (n=15)으로 나누어 6.0 도의 수렴각을 가진 3.0 mm와 6.0 mm 길이의 임플란트 지대주 (Warentec, Seoul, Korea)를 티타늄 밀링 머신을 통해 제작하였다. 실험군은 2개의 딤플을 지대주의 마주보는 쪽에 위치시킨 그룹과 4개의 딤플을 지대주에 동일한 간격으로 배치한 그룹으로 나누었다. 딤플은 반구 형태의 함몰된 구조로 1.5 mm의 직경과 0.75 mm의 깊이를 가지며 지대주의 치은 상방 1.0 mm 위치에 모두 동일하게 위치시켰다. 대조군은 딤플이 없는 3.0 mm와 6.0 mm의 티타늄 지대주를 각각 E4 스캐너 (3Shape, Copenhagen, Denmark)를 이용하여 스캔하였으며, 시멘트 유지형 임플란트 보철물은 Exocad 프로그램 (GmbH, Darmstadt, Germany) 상에서 제작하였다. 내면값은 모두 동일하게 50 μm으로 부여하였으며, 접착 후 유지력 검사를 위해 보철물 상부에 5.0 mm 직경의 후크가 통과할 수 있는 관통형 구조물을 함께 형성하였다. 보철물 제작 방법으로는 EOSINT M270 (EOS GmbH Electro Optical Systems, Krailling, Germany) 장비를 통해 레이저 신터링 방식으로 코발트-크롬 소재로 제작하였다. 제작된 보철물은 통법으로 연마 과정을 거쳤으며, 내면은 4.0 기압 하 50 μm 알루미나로 5 초간 샌드블라스팅 및 세척 후 건조시켰다. 동일한 제조업체 (Warentec, Seoul, Korea)에서 생산된 4.3 mm 직경의 임플란트 아날로그를 아크릴릭 레진 블록에 심었으며 30 N/cm으로 티타늄 나사를 이용해 지대주를 고정하였다. 고정 후 티타늄 나사 상방에 cotton pallet을 삽입한 뒤 Fermit (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Switzerland)을 이용해 지대주 상방까지 충전하고 광조사기로 20 초간 광중합 하였다. 접착에 사용된 시멘트 중 첫 번째는 산화아연-유지놀 계 시멘트인 TempBond (Kerr, Salerno, Italy)와 레진 계 시멘트인 Panavia F2.0 (Kuraray, Fujimoto, Japan)이었다. 접착된 시편은 5 kg의 하중으로 10 분간 압착하였으며, 잉여 시멘트는 치과용 익스플로러를 이용해 제거하였다. 이후 구강 내 온도 변화를 재현하기 위해 열처리를 진행하였다. 30 초씩 5 °C 와 55 °C 의 냉온 수조에 반복하여 잠기도록 하였고 총 10,000 회 시행하였다. 이후 Universal testing machine (TW-D102, Tae-Won Tech CO., Seoul, Korea) 장비를 활용하여 5.0 mm/min의 속도로 접착된 보철물을 치아 장축으로 당겨 임플란트 지대주로부터 보철물이 완전히 탈거되는데 필요한 힘의 양을 기록하였다. 유지력 측정을 통해 한 그룹당 15회의 결과값을 기록하였다. 기록된 모든 데이터는 SPSS 프로그램 (IBM SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 정규분포 만족도 (α = 0.05)를 우선적으로 검정하였으며, 이후 Two-way ANOVA test와 post-hoc Tukey HSD test를 통해 지대주 길이의 변화와 딤플의 형성 유무에 따른 유지력 차이가 발생하는지 통계적으로 분석 시행하였다.

결 과 : 수집된 데이터는 모두 정규분포를 만족하였고, two-way ANOVA 테스트 결과, 사용된 접착제의 종류와 무관하게 임플란트 지대주의 길이 변화와 딤플 형성으로 평균적인 유지력 차이는 통계적으로 유의하게 나타났다 (P<.001). Post-hoc Tukey HSD 검정을 통해 대조군인 딤플이 없는 임플란트 지대주에 비해 딤플이 형성된 그룹에서 통계적으로 유의하게 더 높은 평균 유지력이 관찰되었으며 (P<.001), 동일한 딤플 수를 가진 그룹 간에 비교 시, 임플란트 지대주의 길이가 3.0 mm에서 6.0 mm로 증가하였을 때의 평균 유지력 또한 통계적으로 유의하게 증가함이 관찰되었다 (P<.001). 시멘트의 파절 양상은 딤플이 없는 그룹에서는 시멘트 대부분이 크라운 내면에 잔존하여 접착성 파절 (adhesive failure) 양상이 관찰되었으며, 딤플이 있는 그룹에서는 크라운 내면에서의 접착성 파절 (adhesive failure)과 딤플 내부의 응집성 파절 (cohesive failure)로 인해 혼합성 파절 (mixed failure) 양상 이 관찰되었다.

결 론 : 통계적 분석을 통해 본 연구의 귀무가설은 기각되었으며, 본 연구의 한계 내에서 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다. 1. 지대주의 길이가 3.0 mm에서 6.0 mm로 늘어날 때의 평균 유지력 증가율은 TempBond와 Panavia F2.0 시멘트 모두 딤플을 사용할 때의 증가율 보다 더 높았다. 2. 3.0 mm 지대주에 TempBond로 접착된 크라운은 4개의 딤플을 형성한 경우 딤플이 없는 지대주보다 통계적으로 우수한 유지력을 보였다. 3.0 mm 지대주에 TempBond로 접착된 크라운은 2개의 딤플을 형상한 경우 딤플이 없는 지대주보다 통계적으로 유의미한 유지력 차이를 보이지 않았다. 3. 6.0 mm 지대주에 Panavia F2.0으로 접착된 크라운은 2개와 4개의 딤플을 형성한 경우 딤플이 없는 지대주보다 통계적으로 우수한 유지력을 보였다. 6.0 mm 지대주에 Panavia F2.0으로 접착된 크라운은 2개와 4개의 딤플을 형성한 지대주 간에 유의미한 유지력 차이를 보이지 않았다.

Purpose: To evaluate the effect of dimple structures on the retention of cobalt–chromium (Co–Cr) crowns cemented to titanium abutments, with different heights and numbers of dimples on the axial walls. The null hypothesis was that there would be no difference in the mean retention force when the dimple shape was used on the axial wall of the titanium abutment for the cement-retained implant prosthesis.

Materials and methods: A total of 180 specimens were divided into 12 groups (n = 15). Titanium implant abutments (Warentec, Seoul, Korea) with heights of 3.0 and 6.0 mm and a convergence angle of 6.0 degrees were manufactured using a computer-aided manufacturing milling machine. The experimental group was divided into a group in which two dimples were placed on opposite sides of the abutment wall, and a group in which four dimples were placed on the abutment wall at equal distances. The dimple was an indented hemispherical shape with a diameter of 1.5 mm and depth of 0.75 mm. The dimples were positioned 1.0 mm above the gingival margin of the abutments. Titanium abutments of 3.0 mm and 6.0 mm length were scanned using an E4 scanner (3Shape, Copenhagen, Denmark). The implant prosthesis was designed on the Exocad program (GmbH, Darmstadt, Germany). The cementation gaps were equally applied at 50 μm. A 5.0 mm wide ring-shaped structure was designed on top of the crowns for the pull-out test. The cobalt-chromium (Co-Cr) alloy crowns were manufactured by laser sintering using EOSINT M270 laser sintering machine (EOS GmbH Electro Optical Systems, Krailling, Germany). The crowns were polished by a traditional method, and the inner surface was sandblasted with 50 μm alumina under 4.0 bar for 5 seconds. The implant analogs from the same manufacturer (Warentec, Seoul, Korea) were embedded in an acrylic resin block. The abutment was fixed with titanium screws by the manufacturer's recommended torque value of 30 N/cm. Cotton pallets were inserted above the titanium screw, and the rest of the gap was filled up to the top of the abutment using Fermit (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Switzerland) and light-cured for 20 seconds.

Two types of cements were used in the experiment: TempBond (Kerr, Salerno, Italy), a zinc oxide–eugenol–based cement, and Panavia F2.0 (Kuraray, Fujimoto, Japan), a resin-based cement. The cemented specimen was subjected to 5 kg of load for 10 minutes, and excess cement was removed using a dental explorer. Thermal treatment was then applied to simulate the temperature change in the oral environment. The specimens were repeatedly immersed in a cold and hot water bath at 5 °C and 55 °C for 30 seconds each, up to total of 10,000 cycles. Universal testing machine (TW-D102, Tae-Won Tech CO., Seoul, Korea) equipment was used for the pull-out test. The specimens were clamped and the hook of the testing machine was connected to the upper crown. Uniaxial tension with a loading speed of 5.0mm/min was applied. The amount of force to dislodge the crown from the abutment was recorded. For all recorded data, satisfaction with normal distribution (α = 0.05) was first tested using the SPSS program (IBM SPSS Inc., Chicago, IL, USA), followed by two-way ANOVA test and post-hoc Tukey HSD test. Statistical analysis was performed to determine whether there was a difference in retention force depending on the change of the length of the abutment and the presence or absence of dimples on the axial walls.

Results: Results of a two-way analysis of variance test showed a statistically significant difference in retention force due to the change of the length of the implant abutment and the formation of dimples, regardless of the types of adhesives used (P <.001). A significantly higher mean retention force was observed in the groups with dimples than in the control group, using the post hoc Tukey honestly significant difference test (P <.001). When compared between groups with the same number of dimples, a statistically significant increase in the mean force of retention was observed, where the length of the abutment changed from 3.0 to 6.0 mm (P <.001). As for the fracture modes of cements in the groups without dimples, most of the cement residues were observed on the intaglio surface of the crown implying adhesive failure. For the groups with dimples, a combination of adhesive failure on the intaglio surface of the crown and cohesive failure on the dimples of the abutment denoting mixed failure of cement.

Conclusions: The null hypothesis was rejected, and the following conclusions could be drawn within the limitations of this study: 1. The rate of increase in the mean retention force for the abutment height change was higher than the use of dimples regardless of cement types. 2. TempBond-cemented crowns to 3.0-mm abutments with four dimples showed significantly higher retentive force compared to abutments with no dimple. Two dimples on 3.0-mm abutments showed no significant difference compared to abutments with no dimple by TempBond cementation. 3. Panavia F2.0-cemented crowns to 6.0-mm abutments with two and four dimples showed significantly higher retentive force compared to abutments with no dimple. Two and four dimples on 6.0-mm abutments showed no significant difference between each other by Panavia F2.0 cementation.