Farklı yöntemlerle üst yapıları hazırlanan zirkonya destekli kron restorasyonlarının kırılma dayanımlarının araştırılması

Abstract

Son yıllarda kullanımı gittikçe artan zirkonya altyapılı restorasyonlarda en sık karşılaşılan klinik komplikasyonlarından birisinin, üstyapı seramiğinin altyapıdan tabaka halinde (delaminasyon) veya kırılarak ayrılması (chipping) olduğu belirtilmiştir. Zirkonya altyapı ile üstyapı seramiklerinin bağlanma mekanizması hala tam olarak bilinmediği için çift tabakalı sistemlerin bağ dayanımları, güncel araştırma konusu olmaya devam etmektedir. Çalışmamızda farklı yöntemler ile üstyapıları hazırlanan zirkonya destekli kron restorasyonların kırılma dayanımları araştırılmıştır. Ayrıca kırılma dayanım (KD) değerleri üzerinde üstyapı seramiklerinin bükülme dayanımlarının etkisinin incelenmesi için bükülme dayanım(BD) testi ve arayüzey bağlanma dayanımının etkisinin değerlendirilmesi için makaslama bağ dayanım (MBD) testi uygulanmıştır. Mekanik testler sırasında oluşan stres dağılımlarının gözlemlenebilmesi için sonlu elemanlar analiz testi uygulanırken, kırık başlangıcının ve çatlak ilerleme hattının değerlendirilmesi için stereomikroskopve taramalı elektron mikroskobu ile fraktografik analizler gerçekleştirilmiştir.Çalışmamızda farklı üretici firmalara ait [IvoclarVivadent, Schaan, Liechtenstein (I), VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Almanya (V)] CAD/CAMsistemiyle kullanılan zirkonya materyalleri ve farklı üstyapı teknikleri [tabakalama (T), ısı-basınç ile şekillendirme (P), hızlı prototipleme (HP)] ile hazırlanan seramik 212kombinasyonları yer almaktadır. Bu amaçla, I grubunda zirkonya altyapı üzerine (IPS e.max ZirCAD) T tekniği için nano-florapatit esaslı seramik (IPS e.max Ceram), P tekniği için florapatit esaslı seramik (IPS e.max ZirPress) ve HP tekniği için lityum disilikat ile güçlendirilmiş seramik (IPS e.max CAD) kullanılmıştır. V grubunda ise zirkonya altyapı üzerine (In-Ceram YZ), T tekniği için feldspatik esaslı seramik (Vita VM9), P tekniği için feldspatik esaslı seramik (Vita PM9) ve HP tekniği için feldspatik esaslı seramik (Vita Mark II) uygulanmıştır. I-HP grubunda arayüzey yapıştırıcı materyali olarak firma tarafından önerilen cam seramik (IPS e.max CAD Crystall./Connect) kullanılırken, V-HP grubunda ise firma tarafından önerilen rezin kompozit (Panavia F 2.0, Kuraray Medical Inc., Japonya)uygulanmıştır. Kron formundaki örnekler için hazırlanan 1 mm chamfer basamağa sahip metal güdüklerin (N=60) CAD/CAM ünitesinde (In-Eos, Sirona) taranması ile dijital ölçüleri alındı. Elde edilen 3 boyutlu model üzerinde, HP grupları için alt sol birinci molar formunda çift tabakalı tasarım gerçekleştirilirken, T ve P gruplarında ise HP gruplarında elde edilen restorasyon üzerinde her yüzeyden 1 mm azaltılarak anatomik formlu zirkonya altyapılar tasarlandı. Her gruba ait olan altyapı-üstyapı sistemleri (n=10/alt grup) üretici firmanın talimatları doğrultusunda hazırlandı ve rezin modifiye cam iyonomer siman (RelyX luting cement, 3M Espe, Seefeld, Almanya) kullanılarak metal güdükler üzerine simante edildi. BD testi için tüm gruplarda yer alan zirkonya blokların kesme cihazında su soğutması altında kesimleri tamamlandı ve sinterlendikten sonra (1,5 mm×5mm×25 mm) boyutlarında olan çubuk formundaki zirkonya altyapılar elde edildi. Her bir gruba ait üstyapı seramikleri, üretici firmanın önerileri doğrultusunda aynı boyutlarda hazırlanarak (3 mm×5mm×25 mm) boyutlarında zirkonya altyapı-üstyapı 213seramiğinden oluşan çift tabakalı çubuk formundaki örnekler elde edildi (N=60) (n=10/alt grup). MBD testi için tüm gruplarda yer alan zirkonya blokların kesme cihazında su soğutması altında kesimleri tamamlandı ve sinterlendikten sonra (4 mm×4mm×4 mm) boyutlarında olan küp formundaki zirkonya altyapılar elde edildi. Her bir gruba ait üstyapı seramikleri, üretici firmanın önerileri doğrultusunda (2,5 mm×2,5mm) boyutlarında hazırlanarak örnekler tamamlandı (N=60) (n=10/alt grup). Tüm mekanik testler için hazırlanan örneklerin tamamı (N=180),C, %100 nem içeren ortamda en az 48 saat olmak üzere mekanik testlerin uygulanmasına kadar bekletildi. Mekanik testler evrensel test cihazında [(KD testi için; Shimadzu Autograf AG-500 kNG, 1mm/dak); (BD ve MBD testleri için; Shimadzu Autograf AG-50 kNG, 0.5mm/dak)] gerçekleştirildi ve her test yöntemine ait dayanım değerleri (MPa±SS) kaydedilerek istatistiksel analiz yapıldı (ANOVA, Post Hoc Benferroni; =0.05). Kırık yüzeyleri stereomikroskopta ve taramalı elektron mikroskobunda (SEM) (Jeol JSM 5200, Japonya) incelendi. Stres dağılımları sonlu elemanlar analiz (FEA) testi (Simufact.forming v11.0, Almanya) ile değerlendirildi. KD testi sonucunda I grubunda; HP (4408,30±608,21) ile T (4322,62±462,05) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamsız iken (p>0,05), P alt grubu (2506,60±593,72) verileri HP ve T alt gruplarına göre istatistiksel olarak anlamlı (p=0,00) derecede düşük bulunmuştur. V grubu analizlerinde ise; HP (1900,10±254,193), T (6102,10±1519,802) ve P (4117,80±1083,553) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p=0,00). Alt gruplar arasındaki analizlerinde ise I-HP alt grubu, V-HP alt grubuna göre istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksek iken (p=0,00); I-T alt grubu V-Tye (p=0,02), I-P alt grubu 214ise V-Pye (p=0,01) göre istatistiksel olarak anlamlı derecede düşük değerler göstermiştir. Altı alt grup arasında, en yüksek KD değeri V-T (6102,10±1519,802) grubunda görülür iken, en düşük KD değeri V-HP (1900,10±254,193) grubunda gözlemlenmiştir.BD testi sonucunda I grubunda; HP (583,33±62,66) ile P (565,92±54,37) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamsız iken,T alt grubu (428,33±41,01), istatistiksel olarak anlamlı derecede düşük bulunmuştur. V grubunda ise; HP (496,85±96,72), T (496,10±36,66) ve P (538,84±72,95) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. Gruplar arası analizlerde ise; I-HP grubu değerleri V-HP sonuçlarına göre ve V-T grubu değerleri I-T sonuçlarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksek iken; I-P ve V-P alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır.MBD testi sonucunda I grubunda; P (29,57±7,82) ile T (27,59±5,20) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamsız iken, HP (49,41±6,44) alt grubudeğerleri T ve P alt gruplarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksekbulunmuştur. V grubu analizlerinde ise; T (35,92±6,21) ve P (32,97±6,7) alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamsız iken, HP (24,58±4,77) alt grubu değerleri T ve P alt gruplarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede düşük bulunmuştur. Gruplar arası analizlerde ise I-HP alt grubu verileri V-HP sonuçlarına göre ve V-T alt grubu verileri I-T sonuçlarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede yüksek bulunurken; I-P ve V-P alt grupları arasındaki fark istatistiksel olarak anlamlı değildir.KD testi sonucunda; I-HP grubunda zirkonya ve seramik içinde koheziv kırık gözlenirken, I-T ve I-P gruplarında seramik içinde koheziv kırılma görüldü. V-HP grubunda adeziv kırılma saptanırken, V-T ve V-P gruplarında az sayıda seramik ve 215zirkonya içinde koheziv kırılma olmak üzere genellikle seramik içinde koheziv kırılma gözlemlendi. BD testi sonucunda tüm örnekler zirkonya altyapıyı da kapsayarak 2 parçaya ayrılırken, SEM görüntülerinde tabakalama ve ısı-basınç ile şekillendirme yöntemlerinde seramik içinde lateral çatlakların ve porözitelerin olduğu gözlendi. MBD testi sonucunda ise tüm gruplarda adeziv ve kombine kırılma görüldüğü için, dayanım değerleri ve kırık paternleri arasında ilişki kurulamadı. Ayrıca gerçekleştirilen FEA testinde gözlemlenen stres dağılımları, dayanım değerleri ve materyal özelliklerinin altyapı-üstyapı seramiklerinin bağlantısı üzerinde etkili olduğunu göstermiştir. Üstyapı seramiklerinin mekanik özellikleri ve hazırlanma yöntemleri iyi değerlendirilerek, doğru altyapı-üstyapı kombinasyonu tercihi ve uygun altyapı tasarımı sayesinde uzun süreli klinik başarıya sahip restorasyonların elde edilmesi mümkündür

The most frequently encountered clinical complication of zirconia supported restorations, the use of which has been increasing in recent years, is indicated to be the delamination or chipping of the veneering ceramic. Because the mechanism of bonding between the zirconia framework and veneering ceramic is still not exactly known, the bond strength of bilayered structures continues to be a current research topic. In our study, the fracture resistance of zirconia supported crown restorations,the superstructures of which has been fabricated by using different veneering techniques, were investigated. Also, the flexural bond strength (BD) test was used to analyze the effect of flexural strength of the veneering ceramics and shear bond strength (MBD) test was used to determine the effect of bond strength of the interfacial band strength. Finite element analysis (FEA) test was applied to observe the stress distributions which were occurred during the mechanical tests, whereas the fractographic analysis was used to determine the origin and propagation of cracks with stereomicroscope and scanning electron microscopes. In our study, the zirconia materials fabricated with CAD/CAM and the veneering ceramics applied with different techniques [layering (T), pressing (P), rapid prototyping (HP)] belonging to different manufacturing firms [IvoclarVivadent, Schaan, Liechtenstein (I), VITA Zahnfabrik, Bad Säckingen, Germany (V)] were 217used. Therefore in I group, nano-flouroapatite ceramic (IPS e.max Ceram) for T, flouroapatite ceramic (IPS e.max ZirPress) for P and lithium disilicate reinforced ceramic (IPS e.max CAD) for HP were used on the zirconia framework (IPS e.max ZirCAD). In V group, feldspathic ceramic (Vita VM9) for T, feldspathic ceramic (Vita PM9) for P and feldspathic ceramic (Vita Mark II) for HP were applied on the zirconia framework (In-Ceram YZ). Whereas special glass ceramic were used in I group as the interfacial bonding material, the resin composite were used in V group according to manufacturer instructions.The digital impressions were taken by scanning the metal dies, fabricated to crown formed specimens (N=60) which had 1 mm chamfer, in the CAD/CAM unit (In-Eos, Sirona). While multilayered design was performed as a mandibular left first molar for HP groups, 1 mm reduced design from the design of restorations obtained in HP groups were prepared in both of the T and P on the obtained 3D model. The superstructure and substructure combinations which were different for each group (n=10/subgroups) were fabricated according to manufacturer instructions and cemented on the metal dies by using resin modified glass ionomer cement (RelyX luting cement, 3M Espe, Seefeld, Germany). The zirconia blocks were sectioned under water cooling with a slow speed diamond saw for BD test and after the sinterization the bar shaped zirconia frameworks were provided in the dimension of (1.5 mm×5mm×25 mm). The veneering ceramics belonging to each group were prepared in the same dimensions according to manufacturer instructions and finally bilayered bar shaped specimens were obtained as (3 mm×5mm×25 mm) (N=60) (n=10/subgroups).The zirconia blocks were sectioned under water cooling with a slow speed diamond saw for MBD test and after the sinterization the cube shaped zirconia 218frameworks were provided in a dimension of (4 mm×4mm×4 mm). The veneering ceramics belonging to each group were prepared in the dimension of (2.5mm×2.5 mm) according to manufacturer instructions (N=60) (n=10/subgroups). All specimens (N=180) were stored at 37°C, 100% humidity for 48h until the mechanical tests were performed. Mechanical tests were performed [(for KD; Shimadzu Autograf AG-500 kNG, 1mm/min); (for BD and MBD tests; Shimadzu Autograf AG-50 kNG, 0.5mm/min)] and the strength values according to each groups were recorded and statistically analyzed (ANOVA, Post Hoc Benferroni, ?=0.05). SEM examinations of fractured specimens were evaluated (Jeol JSM 5200, Japon) and the stress distributions were analyzed with FEA (Simufact.forming v11.0). For KD test in I group, significantly low values (p=0.00) were obtained in group P (2506.60±593.72) (p<0.05) while there were no significant differences between L (4322.62±462.05) and HP (4408.30±608.21) groups (p?0,05). For V group, there was statistically significant differences among the HP (1900.10±254.193), T (6102.10±1519.802) and P (4117.80±1083.553) groups (p=0.00). While I-HP groups had significantly higher values from V-HP (p=0.00); statically lower values were shown in I-T than V-T (p=0.02) and I-P than V-P (p=0.01). Among the six subgroups, the highest KD values were found in V-T (6102.10±1519.802), and the lowest values were obtained in V-HP (1900.10±254.193) group. For BD test in I group, while there were no significant differences between P (565.92±54.37) and HP (583.33±62.66) groups, L (428.33±41.01) group exhibited the lowest values (p<0.05). In V group, there was no statistically significant differences among the HP (496.85±96.72), T (496.10±36.66) and P (538.84±72.95). 219According to intergroup analysis, the I-HP and V-T groups had significantly higher values from V-HP and I-T respectively, whereas there were no significant differences between the I-P and V-P. For SBS tests in I group, significantly higher values were obtained in R (49.41±6.44) group, while there were insignificant differences between P (29.57±7.82) and L (27.59±5.20) groups. In V group, while there were insignificant differences between T (35.92±6.21) and P (32.97±6.7) groups, significantly lower values were obtained in HP (24.58±4.77) group. In the intergroup analysis, the I-HP and V-T groups had significantly higher values from V-HP and I-T respectively, whereas there were no significant differences between the I-P and V-P. In the KD test, while the cohesive fracture within zirconia and ceramic were observed in I-HP group, cohesive failure within ceramic was observed in the I-T and I-P groups. In V-T and V-P groups, little cohesive failure within ceramic and zirconia was observed, the most of which were within the ceramic. After the BD test, while the all specimens were fractured including the zirconia frameworks, the lateral cracks and porosities were observed in layering and pressing groups according to SEM views. For MBD test, a correlation between the strength values and fracture types could not be made, because both adhesive and mixed failures were observed in all groups. The stress distributions observed in FEA test, point to the conclusion thatthe strength values and material properties had an effect on the bonding of the substructures and superstructures. It?s possible to fabricate restorations which provide long term clinical success by considering the mechanical properties and processing techniques of the veneering ceramic and making the preference of the right substructure-superstructure combinations and appropriate framework design