セラミック歯科補綴物の信頼性と寿命を向上させるプルーフテスト

Proof testing to improve the reliability and lifetime of ceramic dental prostheses.

抄録

目的:

セラミック製の歯科用補綴物は、使用時間の経過とともに破損率が増加します。特に、有床クラウンやブリッジは、欠けなどの破壊モードが発生しやすい。この原稿の目的は、セラミック補綴物の時間依存的な破損確率を予測できる計算方法と関連ソフトウェアを紹介し、その後、信頼性と寿命を大幅に向上させるプルーフテストプロトコルを設計することである。

OBJECTIVES: Ceramic dental prostheses exhibit increasing failure rates with service time. In particular, veneered crowns and bridges are susceptible to chipping and other fracture modes of failure. The purpose of this manuscript is to introduce a computational methodology and associated software that can predict the time-dependent probability of failure for ceramic prostheses and subsequently design proof test protocols to significantly enhance their reliabilities and lifetimes.

方法論:

過渡信頼性とそれに対応するプルーフテスト理論が紹介されています。これらの理論は、Ceramic Analysis and Reliability Evaluation of Structures (CARES/Life) コードでコード化されています。このソフトウェアを用いて、理論の予測能力を示すとともに、歯科用補綴物の信頼性（生存確率）と寿命を大幅に改善するためのプルーフテストプロトコルの設計に使用する予定です。ジルコニアコア（ZirCAD）とベニアセラミック（ZirPress）を用いた3ユニットの固定式歯科補綴物（FDP）を用いて、予測した故障確率を一般的な臨床結果と比較します。さらに、プルーフテストにより、この補綴物の性能（信頼性と寿命）を大幅に向上させることができることを実証した。

METHODS: Transient reliability and corresponding proof testing theories are introduced. These theories are coded in the Ceramic Analysis and Reliability Evaluation of Structures (CARES/Life) code. This software will be used to demonstrate the predictive capability of the theory as well as its use in designing proof test protocols to significantly improve the reliability (survival probability) and lifetime for dental prostheses. A three-unit fixed dental prosthesis (FDP) with zirconia core (ZirCAD) and veneering ceramic (ZirPress) are used to compare the predicted probabilities of failure to general clinical results. In addition, the capability to use proof testing to significantly improve the performance (reliability and lifetime) for this restoration is demonstrated.

結果:

プルーフテストなしで5年後に故障する確率Pは、0.337と予測されます。これは、5年後の故障率が0.2～0.23であることを示す臨床研究との比較である。10年後の文献18では、類似のブリッジ（同じものではない）の臨床的な故障率が0.38であるのに対し、予測されるPは0.28までであることがわかりました。この差は、垂直荷重よりも臨界的な75°の傾斜で荷重をかける解析によるものと思われます。また、臨床研究では、後期加入者を適切に考慮するためにKaplan-Meier分析を使用する代わりに、単純な生存率を報告することが多い。したがって、真の臨床故障率は報告されているよりも高い可能性があり、この原稿の予測に近いかもしれません。プルーフテストの有効性は、ゆっくりとしたクラック成長の影響を受けにくい（SCG指数Nが高い）材料を選択することで高まります。例えば、この原稿で解析したN=43.4のZirPressガラス天板の橋梁を、プルーフテスト中の破損率が0.31となる400Nの咬合力で1秒間プルーフテストすると、20年使用後の破損確率Pは0.45から、プルーフテストしていない橋の0.21と減少しています。また、N=60のSCGに対する耐性を向上させた別の材料を選択し、同じ荷重条件とした場合、プルーフテストを行った橋の使用20年後の破壊率は、プルーフテストを行わなかった場合の100分の2.4から1万分の2へと低下する。この材料のプルーフテスト時の破損率は、100分の5.1です。SCGの影響を全く受けない材料を同じ使用荷重（この場合は285Nで、上記の400Nでもない）でプルーフテストすると、破損率は0%になり、もちろん時間とは無関係になります。

RESULTS: The probability of failure, P, after five years without proof testing is predicted to be 0.337. This compares to clinical studies showing the failure rate to be between 0.2 and 0.23 after 5 years. After 10 years, reference 18 found the clinical failure rate for similar bridges (but not the same) to be up to 0.28 compared to the predicted P of 0.38. The difference may be due to the analysis applying the load at an inclination of 75° which is more critical than vertical loading. In addition, clinical studies often report a simple survival rate instead of using Kaplan-Meier analysis to properly account for late enrollees. Therefore, true clinical failure rates may be higher than reported and may more closely match the predictions of this manuscript. The effectiveness of proof testing increases with selecting materials less susceptible to slow crack growth (higher SCG exponent, N). For example, proof testing the ZirPress glass-veneered bridges with N = 43.4 analyzed in this manuscript at 400 N bite force for 1 s which induces a failure rate during proof testing of 0.31, reduces the P of bridges not proof tested from 0.45 to an attenuated-proof-tested probability of failure P of 0.21 after 20 years of usage. If another material is selected with improved resistance to SCG of N = 60 and the same loading conditions, the failure rate for the proof tested bridges after 20 years of service drops to 2 in 10,000 from 2.4 in 100 had they been not proof tested. The failure rate during proof testing for this material would be 5.1 in 100. Proof testing a material with absolutely no susceptibility to SCG at the same service load (in this case 285 N, not even the 400 N load used above) results in 0 % failure rate and is of course independent of time.

シグニフィカンス:

本論文で紹介した過渡信頼性・プルーフテスト理論および関連する計算ソフトウェアCARES/Lifeは、臨床データと比較して、セラミック歯科修復物の性能を予測することに成功しました。適切に設計されたプルーフテストプロトコルと適切な材料選択を組み合わせることで、セラミック補綴物の信頼性と寿命を大幅に向上させることができます。このプルーフテスト機能は、歯科修復物に適切に適用されれば、トランスレーショナルテクノロジーになり得ます。

SIGNIFICANCE: The transient reliability and proof test theory presented in this paper and associated computational software CARES/Life were successful in predicting the performance of ceramic dental restorations when compared to clinical data. Well-designed proof test protocols combined with proper material selection can significantly enhance the reliabilities and lifetimes of ceramic prostheses. This proof test capability can be a translational technology if properly applied to dental restorations.