Dental and Medical Problems

Dent Med Probl
Impact Factor (IF 2023) – 2.7
Journal Citation Indicator (JCI 2023) - 1.06
Scopus CiteScore (2023) – 4.0 (CiteScore Tracker – 4.9)
Index Copernicus (ICV 2023) – 181.00
MNiSW – 70 pts
ISSN 1644-387X (print)
ISSN 2300-9020 (online)
Periodicity – bimonthly


 

Download original text (PL)

Dental and Medical Problems

2011, vol. 48, nr 3, July-September, p. 371–379

Publication type: original article

Language: Polish

License: Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0)

Porównanie wytrzymałości koron z różnych ceramik w zębach trzonowych podczas symulacji żucia

Strength of Prosthetic Crowns Made of Various Ceramic Materials in Molars During Simulation of Mastication

Beata Dejak1,

1 Zakład Protetyki Stomatologicznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

Streszczenie

Wprowadzenie. Wymagania estetyczne pacjentów powodują, że coraz częściej są wykonywane uzupełnienia pełnoceramiczne w zębach bocznych. Pojawiają się jednak niepowodzenia tego typu rekonstrukcji, co jest związane z małą wytrzymałością i kruchością ceramik.
Cel pracy. Porównanie wytrzymałości koron o zmniejszonej grubości ścian wykonanych z ceramiki leucytowej i dwutlenku cyrkonu w zębach trzonowych podczas symulacji żucia.
Materiał i metody. Badanie przeprowadzono metodą elementów skończonych z użyciem elementów kontaktowych. Stworzono 3 trójwymiarowe komputerowe modele zębów pierwszych trzonowych: A – nienaruszonego zęba trzonowego pierwszego żuchwy; B – zęba z pełnoceramiczną koroną z ceramiki leucytowej; C – zęba z pełnoceramiczną koroną z ceramiki tlenku cyrkonu. Założono, że korony były idealnie zespolone z zębami. Przeprowadzono komputerowe symulacje żucia. Obliczono naprężenia zredukowane według zmodyfikowanego kryterium von Misesa (mvM) w materiałach modeli zębów dolnych oraz naprężenia kontaktowe na styku cementu i tkanek zęba pod koronami.
Wyniki. Podczas symulacji żucia w koronie z ceramiki tlenku cyrkonu naprężenia zredukowane były ponad 14-krotnie mniejsze niż wytrzymałość tego materiału na rozciąganie, podczas gdy w koronie porcelanowej były zbliżone do wytrzymałości ceramiki leucytowej na rozciąganie. W cemencie kompozytowym, łączącym koronę z ceramiki tlenku cyrkonu z tkankami zęba, naprężenia mvM wyniosły 1,3 MPa, a pod koroną porcelanową wzrosły do 3,3 MPa. Maksymalne naprężenia mvM w strukturze zęba trzonowego pod koroną z ceramiki tlenku cyrkonu wyniosły 2,8 MPa, pod koroną porcelanową osiągnęły wartość podobną jak w nienaruszonym zębie 3,7 MPa.
Wnioski. W warunkach fizjologicznych obciążeń korony o zmniejszonej grubości ścian wykonane z ceramiki tlenku cyrkonu w zębach trzonowych nie powinny ulec uszkodzeniu. Korony cienkościenne porcelanowe dobrze zespolone z zębami mogą pęknąć podczas żucia. Korony protetyczne wykonane z materiałów o wyższym module elastyczności niż szkliwo wzmacniają struktury zębów trzonowych.

Abstract

Bacground. The aesthetic reason caused that metal-free ceramic crowns are used in posterior teeth more frequently. The failures of ceramic crowns occurred because of less strength and brittleness of these materials.
Objectives. Comparing the strength of thin-walled molar crowns made of leucite reinforcement ceramic and zirconia ceramic under masticatory simulation.
Material and Methods. The investigation was performed by using a finite element analysis (FEA) with the use of contact elements. Five 3-dimensional (3-D) models of the first lower molar were created: A – intact tooth; B – tooth with a monolithic zirconia crown, C – tooth with a leucite-reinforced ceramic crown. It was assumed that crowns were perfectly luted to dentin. The computer simulations of mastication was conducted. For the lower molar models equivalent stresses were calculated using the modified von Mises failure criterion (mvM). Contact stresses at the adhesive interface between the cement and tooth structure under the crowns were analyzed.
Results. During masticatory simulation, equivalent mvM stresses occurred in zirconia crowns where 14 time less then tensile strength of zirconia ceramic, whereas the mvM stresses in porcelain crown were nearly equal tensile strength of leucite-reinforcement ceramic. The mvM stresses in composite resin cement under the zirconia crown were 1.3 MPa and under the porcelain crown increased to 3.3 MPa. The maximum mvM stresses in the molar tooth structure for the zirconia crown were only 2.8 MPa, for all-ceramic crown reached similar value to the intact tooth – 3.7 MPa.
Conclusion. Under physiological loads, the thin-walls zirconia crowns in molars, are resistant to failure. The thin-walls leucite ceramic crowns perfectly luted to molar teeth are exposed to damage. Prosthetic crowns made of the material of higher elastic modulus than an enamel strengthen dental structures of posterior teeth.

Słowa kluczowe

korony z ceramiki tlenku cyrkonu i leucytu, wytrzymałość zębów trzonowych, 3D metoda elementów skończonych, symulacja żucia, naprężenia kontaktowe w połączeniu cement–ząb

Key words

all-ceramic zirconia crowns, leucite crowns, strength of molars, 3D finite element method, simulation of mastication, contact stress in adhesive interface cement–tooth

References (43)

  1. Conrad H., Seong W.J., Pesun I.: Current ceramic materials and systems with clinical recommendations: Asystematic review. J. Prosthet. Dent. 2007, 98, 389–404.
  2. Holand W., Schweiger M., Frank M., Rheinberger V.: A comparison of the microstructure end properties of the IPS Empress 2 and the IPS Empress glass ceramics. J. Biomed. Mater. Res. 2000, 53, 297–303.
  3. Cattell M. J., Clarke R.L., Lynch E. J.: The biaxial flexural strength and reliability of four dental ceramics – Part II. J. Dent. 1997, 25, 409–414.
  4. Gorman C. M., McDevitt W. E., Hill R.G.: Comparison of two heat-pressed all-ceramic dental materials. Dent. Mat. 2000, 16, 6, 389–395.
  5. Fradeani M, Redemagni M.: An 11-year clinical evaluation of leucite-reinforced glass-ceramic crowns: a retrospective study. Quintes. Int. 2002, 33, 7, 503–510.
  6. Heintze S.D., Rousson V.: Fracture rates of IPS Empress all-ceramic crowns – a systematic review. Int. J. Prosthodont. 2010, 23, 129–133.
  7. Raigrodski A.J.: Contemporary materials and technologies for all-ceramic fixed partial dentures: a review of the literature. J. Prosthet. Dent. 2004, 92, 557–562.
  8. Zarone F., Russo S., Sorrentino R.: From porcelain-fused-to-metal to zirconia: clinical and experimental considerations. Dent. Mat. 2011, 27, 83–96.
  9. Moving to Monolithic. Inside Dental Technology 2011, 70–71.
  10. Rekow E.D, Harsono M., Janal M., Thompson V.P., Zhang G.: Factorial analysis of variables influencing stress in all-ceramic crowns. Dent. Mater. 2006, 22, 125–132.
  11. McDonald A.: Preparation guidelines for full and partial coverage ceramic restorations. Dent. Update 2001, 28, 84–90.
  12. Proos K.A., Swain M.V., Ironside J., Steven G.P.: Influence of margin design and taper abutment angle on a restored crown of a first premolar using finite element analysis. Int. J. Prosthodont. 2003, 16, 442–449.
  13. Edelhoff D., Sorensen J.: Tooth structure removal associated with various preparation design for posterior teeth. Int. J. Periodontics Dent. 2002, 22, 214–219.
  14. Ash M., Nelson S.: Wheeler’s dental anatomy, physiology and occlusion. 8 ed. Saunders, Philadelphia 2003, 297–314.
  15. Kraus B., Jordan R., Abrams L.: Dental anatomy and occlusion. Wiliams and Wilkins Co, Baltimore 1969, 197, 223–262.
  16. Habelitz S., Marshall S., Marshall G., Balooch M.: Mechanical properties of human dental enamel on the nanometre scale. Arch. Oral. Biol. 2001, 46, 173–183.
  17. Craig R., Peyton F.: Elastic and mechanical properties of human dentin. J. Dent. Res. 1958, 37, 710–718.
  18. Ruse N.D.: Propagation of erroneous data for the modulus of elasticity of periodontal ligament and gutta percha in FEM/FEA papers: A story of broken links. Dent. Mat. 2008, 24, 1717–1719.
  19. De Jager N., de Kler M., van Zel J.: The influence of different core material on the FEA-determined stress distribution in dental crowns. Dent. Mat. 2006, 22, 234–242.
  20. Albakry M., Guazzato M., Swain M.: Biaxial flexural strength, elastic moduli, and X-ray diffraction characterization of three pressable all-ceramic materials. J. Prosthet. Dent. 2003, 89, 374–380.
  21. Magne P., Perakis N., Belser U., Krejci I.: Stress distribution of inlay-anchored adhesive fixed partial dentures. A finite element analysis of influence of restorative materials and abutment preparation design. J. Prosthet. Dent. 2002, 87, 516–527.
  22. Agrawal K., Lucas P., Printz J., Bruce I.: Mechanical properties of foods responsible for resisting food breakdown in the human mouth. Arch. Oral. Biol. 1997, 42, 1–9.
  23. Giannini M., Soares C., Carvalho R.: Ultimate tensile strength of tooth structures. Dent. Mat. 2004, 20, 322–329.
  24. Powers J., Sakaguchi R.: Craigs restorative dental materials. Elsevier, St. Louis 2006, 12ed, 64–65.
  25. Sano H., Ciucchi B., Matthews W., Pashley D.: Tensile properties of mineralized and demineralized human and bovine dentin. J. Dent. Res. 1994, 73, 1205–1211.
  26. Noguchi K., Fujita M., Masaki T., Mizushina M.: Tensile strength of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals. J. Am. Ceramic Soc. 1989, 72, 1305–1307.
  27. Probster L, Geis-Geistorfer J., Kirchner E., Kanjantra P.: In vitro evaluation of glass ceramic restorative material. J. Oral. Rehabil. 1997, 24, 636–645.
  28. White S., Yu Z.: Compressive and diametral tensile strengths of current adhesive luting agents. J. Prosthet. Dent. 1993, 69, 568–572.
  29. Katona T.: A mathematical analysis of the role of friction in occlusal trauma. J. Prosthet. Dent. 2001, 86, 636–643.
  30. Gibbs C., Mahan P., Lundeen H., Brehnan K., Walsh E., Holbrook W.: Occlusal forces during chewing and swallowing as measured by sound transmission. J. Prost. Dent. 1981, 46, 443–449.
  31. Suit S., Gibbs C., Benz S.: Study of gliding tooth contact during mastication. J. Periodont. 1976, 47, 331–336.
  32. De Groot R., Peters M., De Haan Y., Dop G., Plasschaert A.: Failure stress criteria for composite resin. J. Dent. Res. 1987, 66, 1748–1752.
  33. Magne P., Schlichting L.H., Maia H.P., Baratieri L.N.: In vitro fatigue resistance of CAD/CAM composite resin and ceramic posterior occlusal veneers. J. Prosthet. Dent. 2010, 104, 149–157.
  34. Attia A., Kern M.: Influence of cyclic loading and luting agents on the fracture load of two all-ceramic crown systems. J. Prosthet. Dent. 2004, 92, 551–556.
  35. Senyilmaz D.P., Canay S., Heydecke G., Strub J.R.: Influence of thermomechanical fatigue loading on the fracture resistance of all-ceramic posterior crowns. Eur. J. Prosthodont. Restor. Dent. 2010, 18, 50–54.
  36. Zahran M., El-Mowafy O., Tam L., Watson P.A., Finer Y.: Fracture strength and fatigue resistance of allceramic molar crowns manufactured with CAD/CAM technology. J. Prosthodont. 2008, 17, 370–377.
  37. Reich S., Petschelt A., Lohbauer U.: The effect of finish line preparation and layer thickness on the failure load and fractography of ZrO2 copings. J. Prosthet. Dent. 2008, 99, 369–376.
  38. Lorenzoni F.C., Martins L.M., Silva N.R., Coelho P.G., Guess P.C., Bonfante E.A., Thompson V.P., Bonfante G.: Fatigue life and failure modes of crowns systems with a modified framework design. J. Dent. 2010, 38, 626–634.
  39. Matos A.B., Kuramoto M. Jr, Powers J.M., Eduardo C de P.: Bond strength of a resin-based composite to leucite-reinforced ceramic and dentin. Am. J. Dent. 1999, 12, 113–115.
  40. D’Arcangelo C., De Angelis F., D’Amario M., Zazzeroni S., Ciampoli C., Caputi S.: The influence of luting systems on the microtensile bond strength of dentin to indirect resin-based composite and ceramic restorations. Oper. Dent. 2009, 34, 328–336.
  41. Kitayama S., Nikaido T., Ikeda M., Alireza S., Miura H., Tagami J.: Internal coating of zirconia restoration with silica-based ceramic improves bonding of resin cement to dental zirconia ceramic. Biomed. Mater. Eng. 2010, 20, 77–87.
  42. Rosentritt M., Behr M., Thaller C., Rudolph H., Feilzer A.: Fracture performance of computer-aided manufactured zirconia and alloy crowns. Quintes. Int. 2009, 40, 655–662.
  43. Imanishi A., Nakamura T., Ohyama T., Nakamura T.: 3-D Finite element analysis of all-ceramic posterior crowns. J. Oral. Rehabil. 2003, 30, 818–822.
© Wroclaw Medical University