## Indonesian Dental Association

## Journal of Indonesian Dental Association
http://jurnal.pdgi.or.id/index.php/jida ISSN: 2621-6183 (Print); ISSN: 2621-6175 (Online)

## Research Article

## Fracture Toughness of Monolithic Zirconia and Lithium Disilicate CAD/CAM Endocrown
Aldrina Wulan Eka Suci 1 , Dina Ratnasari 2§ , Ade Prijanti Dwisaptarini 2 , Elline 2
1 Undergraduate Student, Faculty of Dentistry, Universitas Trisakti, Indonesia
2 Department of Conservative Dentistry, Faculty of Dentistry, Universitas Trisakti, Indonesia

## KEYWORDS
CAD/CAM;
endocrown; fracture toughness;
lithium disilicate; monolithic zirconia

## ABSTRACT
Introduction: Endocrown is an indirect restoration following the endodontic treatment made of ceramic material as a substitute for post core crown. The endocrown is cemented to the inner wall of the pulp chamber and to the cavity margins to increase the macromechanical retention. Material commonly used are monolithic zirconia and lithium disilicate; both can be obtained using  the  CAD/CAM  technique.  Good  endocrown  restoration  must  be  able  to  handle  the chewing workload especially on the posterior tooth. Objective: To determine the difference in fracture  toughness  of  monolithic  zirconia  and  lithium  disilicate  CAD/CAM  endocrown. Methods: This study used 6 endocrown CAD/CAM samples, attached to typodont prototype in 3D  resin  printing  model  produced  by  the  printing  machine.  Samples  were  divided  into  2 groups.  Group  A  were  monolithic  zirconia  endocrowns  and  group  B  were  lithium  disilicate endocrowns.  The  fracture  toughness  was  calculated  using  the  Universal  Testing  Machine (UTM). Results: Fracture toughness of the monolithic zirconia endocrown were 2.747 N and lithium disilicate were 769 N. The unpaired t test showed that there was significant difference in fracture toughness between groups (p < 0,05). Conclusion: Monolithic zirconia endocrown has  a  higher  fracture  toughness  compared  to  the  lithium  disilicate  endocrown,  but  lithium disilicate  is  more  recommended  as  an  endocrown  restoration  material  because  its  fracture toughness is closer to masticatory load of posterior teeth.
§ Corresponding Author E-mail address: dina@trisakti.ac.id (Ratnasari D)
DOI: 10.32793/jida.v6i2.968
Copyright: ©2023 Suci AWE, Ratnasari D, Dwisaptarini AP, Elline. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium provided the original author and sources are credited.
Received date: February 7, 2023. Accepted date: October 11, 2023. Published date: December 29, 2023.

## KATA KUNCI
CAD/CAM;
endocrown; fracture toughness;
lithium disilicate; monolithic zirconia

## ABSTRAK
Pendahuluan: Endocrown merupakan  restorasi  indirek  pasca  perawatan  endodontik  yang terbuat dari bahan ceramic sebagai pengganti mahkota pasak inti. Endocrown disementasi pada dinding dalam kamar pulpa dan pada tepi kavitas untuk meningkatkan retensi makromekanis. Bahan  yang  dapat  digunakan  antara  lain monolithic  zirconia dan lithium  disilicate dan keduanya dapat diproduksi dengan teknik CAD/CAM. Restorasi endocrown  yang baik harus dapat  menahan  beban  kunyah  terutama  pada  gigi  posterior. Tujuan: Untuk  mengetahui perbedaan fracture toughness pada monolithic zirconia dan lithium disilicate endocrown yang diproduksi  dengan  teknik  CAD/CAM. Metode: Penelitian  ini  menggunakan  6  sampel endocrown yang diproduksi dengan CAD/CAM dan dipasangkan ke typodont prototype berupa 3D  printing  model  berbahan  resin  yang  diproduksi  dengan  printing  machine.  Sampel  dibagi menjadi 2 kelompok; kelompok A merupakan monolithic zirconia endocrown dan kelompok B merupakan lithium  disilicate  endocrown .  Pengujian fracture  toughness dilakukan  dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM). Hasil: Fracture toughness pada monolithic zirconia sebesar  2.747  N  dan lithium  disilicate sebesar  769  N.  Uji  t  tidak  berpasangan menunjukkan  bahwa  terdapat  perbedaan fracture  toughness antar  kelompok  yang  signifikan (p<  0,05). Kesimpulan: Monolithic  zirconia  endocrown memiliki fracture  toughness yang lebih tinggi dibandingkan dengan lithium disilicate endocrown , namun lithium disilicate lebih direkomendasikan sebagai bahan restorasi endocrown karena memiliki fracture toughness yang lebih mendekati beban kunyah gigi posterior.

## PENDAHULUAN
Perawatan saluran akar (PSA) merupakan salah satu perawatan endodontik yang bertujuan untuk merawat gigi yang mengalami kerusakan hingga mengenai pulpa, agar gigi tersebut tetap dapat berfungsi dan  tidak  mengalami infeksi  kembali.  Pada  umumnya  gigi  pasca  perawatan endodontik  telah  mengalami  kerusakan  yang  ekstensif sehingga membutuhkan restorasi indirek yang melibatkan seluruh  cusp.  Pembuatan  restorasi  gigi  pasca  perawatan endodontik  merupakan  prosedur  untuk  mengembalikan fungsi  fisiologis  dan  estetika  pada  gigi  sehingga  dapat mendukung  keberhasilan  perawatan  saluran  akar. 1 Mahkota pasak inti merupakan salah satu restorasi pasca perawatan  endodontik  yang  dapat  dipilih  pada  kasus kerusakan struktur mahkota gigi yang berat. Penggunaan pasak bertujuan sebagai jangkar pembuatan inti mahkota. Pembuatan pasak inti memiliki risiko terjadinya perforasi akar dan penipisan dinding saluran akar akibat preparasi yang  berlebihan. 2 Kontraindikasi  dalam  penggunaan perawatan  pasak  inti  antara  lain  dilaserasi,  akar  yang pendek,  anatomi  akar  yang  bervariasi,  dan  bentuk  akar yang  berdiameter  kecil. 3 Hal  ini  menyebabkan  para klinisi mencari restorasi alternatif yang tidak memerlukan perawatan  pasak  inti,  yaitu  dengan  menggunakan restorasi endocrown . 4
Endocrown merupakan  salah  satu  mahkota  parsial yang  terbuat  dari  bahan  ceramic  yang  disementasi  pada gigi  pasca  perawatan  endodontik. 5 Endocrown disementasi  pada  gigi  pasca  perawatan  endodontik dengan  desain  restorasi  yang  masuk  ke  dalam  kamar pulpa  dan  sebagian  lainnya  pada  tepi  kavitas  yang menyelubungi  seluruh  cusp  gigi. 6 Keunggulan
endocrown dibandingkan  mahkota  konvesional  lainnya adalah  desain  preparasi  lebih  konservatif,  jaringan periodontal  lebih  aman,  dan  permukaan  bonding  yang didapatkan  pada endocrown lebih  baik  karena  adanya restorasi  yang  masuk  ke  dalam  kamar  pulpa  dan  tepi kavitas  yang  menyelubungi  seluruh cusp gigi.  Aplikasi dan  polimerisasi  semen  resin  pada endocrown lebih terkontrol  dibandingkan  dengan  mahkota  konvensional karena  batas  preparasinya  yang  supragingiva. 4 Jenis restorasi  ini  dapat  diproduksi  dengan  teknologi CAD/CAM . 7 Computer-aided  design  (CAD) dan computer-aided  manufacturing  (CAM) merupakan teknologi modern berbasis komputer untuk mengumpulkan  data  rongga  mulut  dalam  merancang protesa  gigi,  dan  memproduksi  hasil  restorasi.  Akurasi dan  kualitas CAD/CAM menghasilkan  restorasi  yang sangat  popular  karena  hasil  restorasinya  berkualitas tinggi  dan  dapat  diperoleh  dengan  waktu  yang  lebih singkat,  sehingga  meningkatkan  efisiensi  dalam  proses restorasi gigi. 8
Pemilihan bahan restorasi harus mempertimbangkan segi estetis maupun segi fungsional pada masing-masing bahan, sehingga bahan yang tepat dapat ditentukan. 9 Pada era modern, bahan zirconia konvensional telah digunakan untuk  restorasi  dalam  kedokteran  gigi  dan  terbukti memiliki fracture  toughness yang  sangat  tinggi,  namun memiliki sifat warna opak  yang kurang estetik sehingga memerlukan lapisan porselen lainnya. 7 Pengenalan teknik CAD/CAM memungkinkan  pembuatan  monolithic zirconia  yang  lebih  translusen  dengan  kekuatan  yang lebih rendah dibandingkan dengan zirconia konvensional. 10 Lithium  disilicate merupakan  salah  satu bahan  pilihan  restorasi  yang  memiliki sifat  optik  yang
sangat  baik,  fracture  toughness  yang  tinggi,  dan memberikan  restorasi  dengan  penampilan  estetik  yang dapat  menyerupai  email  gigi. 11 Fracture  toughness adalah kemampuan suatu bahan untuk menahan tekanan beban dalam menunjukkan ketangguhan dalam menahan fraktur. 12 Restorasi  indirek  yang  baik  memerlukan fracture  toughness yang  baik  agar  mampu  menahan beban kunyah.
Penelitian  lain  membandingkan  restorasi  lithium disilicate  dan bilayered-zirconia dengan  hasil  lithium disilicate  memiliki  kekuatan  yang  lebih  tinggi dibandingkan bilayered-zirconia . 13 Penelitian  lainnya membuktikan  kekuatan monolithic  zirconia lebih  tinggi dibandingkan lithium  disilicate . 14 Terdapat  perbedaan hasil  pada  tiap  penelitian  yang  memerlukan  penelitian lebih  lanjut.  Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  uji fracture  toughness  pada monolithic  zirconia dan lithium disilicate  endocrown yang  diproduksi  dengan menggunakan teknik CAD/CAM .

## BAHAN DAN METODE
Penelitian  ini  merupakan  eksperimental  laboratorik dengan  rancangan post-test  with  control  group  design untuk  mengetahui  perbedaan fracture  toughness pada monolithic  zirconia dan lithium  disilicate  endocrown yang diproduksi dengan teknik CAD/CAM . Penelitian ini dilakukan  di  Indo  Dental  Lab  dan  Laboratorium Metrologi Industri Kampus A Universitas Trisakti.
Penelitian  ini  menggunakan typodont (Trimunt, Jepang)  yang  dipreparasi  desain  endocrown  dengan mereduksi  bagian  oklusal  hingga  sisa  dinding  oklusal tersisa minimal 3 mm dan menghilangkan undercut pada akses  kavitas  (Gambar  1).  Hasil  preparasi  kemudian difiksasi dengan vinyl polysiloxane dalam wadah silinder dan di scan dengan intraoral scanner lalu dikirimkan ke lab  untuk  dibuatkan typodont  prototype berupa  3D printing model berbahan resin sebanyak 3 sampel.
Gambar 1. Preparasi model
Sampel endocrown dibuat CAD/CAM dengan ukuran mesiobukal  10,9  mm  dan  bukolingual  9,6  mm  yang dibagi  menjadi  2  kelompok  (Gambar  2).  Kelompok  A yaitu  sampel monolithic  zirconia  endocrown dan kelompok  B  yaitu  sampel lithium  disilicate  endocrown .
Hasil  preparasi typodont yang  sudah  dilakukan  ¬scan akan  ditampilkan  pada software EXOCAD  untuk merancang desain restorasi endocrown . Hasil desain yang sudah  dirancang  selanjutnya  akan  diproduksi  dengan milling  machine . Monolithic  zirconia  endocrown akan dilakukan  proses  pembakaran  dengan  menggunakan sintering  machine dan lithium  disilicate akan  dilakukan proses baking .
Uji fracture  toughness pada  seluruh  sampel  dengan menggunakan  alat Universal  Testing  Machine  (UTM) (Hounsfield, UK). Sampel endocrown dipasangkan pada tiap  3D printing  model berbahan  resin  kemudian diletakkan pada bagian lower plate mesin UTM (Gambar 3). Kemudian mesin UTM diaktifkan, alat tersebut akan mengompresi  sampel endocrown hingga  mengalami fraktur.  Tahapan  ini  dilakukan  sampai  6  sampel mengalami fraktur.

## Analisa Statistik
Perbedaan  antara  kelompok  eksperimen  dianalisis menggunakan uji normalitas Shapiro-Wilk dan uji-t tidak berpasangan (SPSS, IBM, Armonk, USA).
Gambar  2. Ukuran  mesiobukal  dan  bukolingual  pada monolithic zirconia, lithium disilicate endocrown , dan 3D printing model berbahan resin.
Gambar  3. Sampel  terletak  pada lower  plate alat universal testing machine (UTM)

## Hasil
Fracture  toughness pada monolithic  zirconia memiliki  nilai  yang  lebih  tinggi  dibandingkan lithium disilicate  endocrown (Tabel  1).  Data  diuji  dengan  uji normalitas Shapiro-Wilk untuk    menunjukkan    data
berdistribusi  normal  atau  tidak.  Hasil  uji  tersebut menyatakan  bahwa  data  tersebut  berdistribusi  normal (p>0,05), sehingga analisis dilanjutkan dengan uji-t tidak berpasangan  (Tabel  2)  untuk  analisis  statistic perbandingan  nilai  fracture  toughness  pada monolithic zirconia dan lithium  disilicate  endocrown .  Hasil  uji-t tidak berpasangan menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan  pada fracture  toughness  monolithic  zirconia dan lithium disilicate dengan p<0,05.
Tabel 1. Hasil uji fracture toughness
Tabel 2. Hasil uji-t tidak berpasangan

## PEMBAHASAN
Sampel endocrown pada  penelitian  ini  diproduksi dengan  teknik CAD/CAM yang  memberikan  hasil  lebih berkualitas  dibandingkan  dengan  teknik  konvensional, karena  proses  fabrikasi  yang  dilakukan CAD/CAM berbasis komputer. 8 Akurasi dan kualitas yang dihasilkan dari CAD/CAM memberikan  restorasi  yang  lebih  kuat dan tahan lama. 15
Ketebalan  bagian  oklusal  pada  restorasi endocrown sebesar  3  mm,  sedangkan  mahkota  lainnya  memiliki ketebalan  oklusal  sebesar  1,5-2  mm.  Semakin  besar ketebalan oklusal restorasi, maka semakin besar kekuatan yang  diberikan  oleh  mahkota  untuk  menahan  beban oklusal.  Desain  restorasi endocrown yang  minimal invasif  tidak  menghilangkan  jaringan  email  dan  dentin yang  sehat,  sehingga endocrown dapat  melindungi  gigi dalam menahan beban kunyah. 16
Lithium  disilicate memiliki  translusensi  yang  lebih tinggi dibandingkan dengan monolithic zirconia . 11 Bahan dengan translusensi yang lebih tinggi, memiliki kekuatan yang  lebih  rendah. 17 Monolithic  zirconia mengandung bahan yang terbuat dari crystalline dioxide yang memiliki kekuatan  yang  lebih  tinggi  secara  signifikan
dibandingkan lithium  disilicate . 18 Sifat  material  pada monolithic  zirconia memiliki  kekuatan  yang  tinggi, sehingga  dapat  menyebabkan  gigi  antagonis  mengalami fraktur. 19
Uji fracture  toughness pada  penelitian  ini menggunakan  alat  universal  testing  machine  dengan jig tappered  flat-end berukuran  6  mm  dengan  kecepatan crosshead 0,2 mm/menit. Sampel diletakkan pada bagian tengah lower plate dan dipastikan bahwa jig pada mesin sejajar dengan titik beban, yaitu di bagian central fossa . Tidak  adanya  sementasi  antara  sampel  endocrown dengan 3D printing model berbahan resin mengakibatkan hanya bagian lingual saja yang mengalami fraktur, hal ini dikarenakan  adanya  kegoyangan  yang  disebabkan  tidak cekatnya  bagian  kavitas  sampel  endocrown  dengan  3D printing model berbahan resin.
Rerata  nilai fracture  toughness pada monolithic zirconia sebesar  2.747  N,  dan lithium  disilicate sebesar 769  N  (Tabel  2). Monolithic  zirconia memiliki fracture toughness yang lebih tinggi dibandingkan dengan lithium disilicate.  Perbedaan  nilai fracture  toughness yang signifikan  membuktikan  bahwa monolithic  zirconia memiliki  ketahanan  terhadap  terjadinya  fraktur  dalam menahan  beban  oklusal,  namun  dapat  menyebabkan terjadinya  fraktur  pada  sisa  mahkota  gigi  yang  ada  dan juga  pada  gigi  antagonis.  Kekuatan  beban  kunyah maksimal yang dimiliki orang dewasa rata-rata mencapai 756  N. 20 Endocrown memiliki  ketebalan  yang  lebih tinggi  dibandingkan  mahkota  lainnya  karena  terdapat restorasi yang masuk ke dalam kavitas. Lithium disilicate dapat  direkomendasikan  sebagai  bahan  restorasi endocrown karena  kekuatannya  mendekati  kekuatan beban  kunyah  maksimal,  sehingga  diharapkan  tidak menyebabkan  fraktur  pada  sisa  mahkota  gigi  yang  ada atau merusak gigi antagonis dan mampu menahan beban kunyah posterior .

## KESIMPULAN
Hasil  penelitian  ini  menunjukkan  bahwa  adanya perbedaan  yang  signifikan  pada  fracture  toughness monolithic  zirconia dan lithium  disilicate  endocrown yang  diproduksi  dengan  teknik CAD/CAM . Monolithic zirconia memiliki fracture  toughness yang  lebih  tinggi dibandingkan  dengan lithium  disilicate ,  namun lithium disilicate lebih direkomendasikan sebagai bahan restorasi endocrown karena  mendekati  kekuatan  beban  kunyah maksimal.
Penelitian  selanjutnya  disarankan  untuk  menguji fracture toughness pada monolithic zirconia dan lithium disilicate dengan  ketebalan  minimal  yang  dikombinasi dengan teknik adhesif berbeda. Jumlah Sampel Rata- rata (N) Nilai p Monolithic Zirconia 3 2.747 < 0,001* Lithium Disilicate 3 769 Sampel Force (N) Monolithic Zirconia Lithium Disilicate 1 2.644 780 2 3.072 744 3 2.526 782

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Fakultas Kedokteran  Gigi  Universitas  Trisakti  yang  telah mendukung penelitian ini.

## KONFLIK KEPENTINGAN
Tidak ada konflik kepentingan dalam penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Kalalo WW, Khoman JA, Supit ASR. Restoration of post  root  canal  treatment.  E-GiGi.  2022;  10(1):  75- 80.
2. Dogui  H,  Abdelmalek  F,  Amor  A,  Douki  N. Endocrown:  an  alternative  approach  for  restoring endodontically  treated  molars  with  large  coronal destruction. Case Rep Dent. 2018; 1-6.
3. Irmaleny,  Zuleika,  Ardjanggi  S,  Mardiyah  AA, Wahjuningrum  DA.  Endocrown  restoration  on postendodontics treatment on lower first molar. J Int Soc Prev Community Dent. 2019; 9(3): 303-10.
4. Stefani  R.  Restorasi  endocrown  gigi  molar  pertama rahang  atas  pasca  perawatan  endodontik.  JKGT. 2019; 1(2): 18-20.
5. Marthios  S,  Winanto  SS,  Elline.  Endocrown  as  a final restoration for endodontically treated teeth with chronic  apical  abscess-  a  case  report.  Proceeding International  Scientific  Meeting  (TINI  IV)  & IKORGI National Congress XI. 2017; 423-8.
6. Alexander  P,  Fibryanto  E,  Ariwibowo  T.  Retaining extensive  cavity  hyperplastic  pulpitis  mandibular first molar with pulpectomy and endocrown: a case report.  Proceeding  International  Scientific  Meeting (TINI  IV)  &  IKORGI  National Congress XI. 2017;
371-4. 7. Zou  Y,  Bai  J,  Xiang  J.  Clinical  performance  of CAD/CAM-fabricated monolithic zirconia endocrowns on molars with extensive coronal loss of substance. Int J Comput Dent. 2018; 21(3): 225-32.
8. Nistor  L,  Gradinaru  M,  Rica  R,  Marasescu  P,  Stan M,  Manolea  H,  et  al.  Zirconia  use  in  dentistry- manufacturing  and  properties.  Curr  Health  Sci  J. 2019; 45(1): 28-35.
9. Ningsih  JR,  Saskianingtyas  YS.  Zirconia  dan  resin komposit  sebagai  restorasi  indirek  pada  gigi
posterior. DENSIUM. 2021; 106-14.
10. Kontonasaki  E,  Rigos  AE,  Ilia  C,  Istantsos  T. Monolithic zirconia: an update to current knowledge. optical  properties,  wear,  and  clinical  performance. Dent J. 2019; 7(3): 90 11. Vijayakumar  JB,  Varadan  P,  Balaji  L,  Rajan  M, Kalaiselvam  R,  Saeralaathan  S,  et  al.  Fracture resistance  of  resin  based  and  lithium  disilicate endocrowns. which is better? – a systematic review of  in-vitro  studies.  Biomater  Investig  Dent.  2021; 8(1): 104-11.
12. Zhang P, Ma L, Fan F, Zeng Z, Peng C, Loya PE, et al.  Fracture  toughness  of  graphene.  Nat  Commun.
2014; 5(1): 1-7. 13. Altamimi  AM,  Tripodakis  APD,  Eliades  G, Hirayama H. Comparison of fracture resistance and fracture characterization of bilayered zirconia/fluorapatite and monolithic lithium disilicate all ceramic crowns. Int J Esthet Dent. 2014; 9(1): 98- 110.
14. Kontonasaki  E,  Giasimakopoulos  P,  Rigos  AE. Strength and aging resistance of monolithic zirconia: an update to  current knowledge. Jpn Dent Sci Rev. 2020; 56(1): 1-23.
15. Irfan  UB,  Aslam  K,  Nadim  R.  A  review  on  CAD CAM in dentistry. JPDA. 2015; 24(3): 112-6.
16. Papalexopoulos  D,  Samartzi  TK,  Sarafianou  A.  A thorough  analysis  of  the  endocrown  restoration:  a literature review. J Contemp Dent Pract. 2021; 22(4): 422-6.
17. Young  A.  Three  reasons  why  zirconia  is  the  best material  for  dental  restoration  [Internet].  Dentistry Today.  2021  [cited  2022  Des  29].  Available  from: https://www.dentistrytoday.com/three-reasons-why- zirconia-is-the-best-material-for-dental-restoration/
18. Madfa  AA,  Al-Sanabani  FA,  Al-Qudami  NH,  Al- Sanabani  JS,  Amran  AG.  Use  of  zirconia  in dentistry: an overview. Open Biomater J. 2014; 5(1): 1-9.
19. Nakamura K, Mouhat  M, Nergard JM,  Lægreid SJ, Kanno  T,  Milleding  P,  et  al.  Effect  of  cements  on fracture  resistance  of  monolithic  zirconia  crowns. Acta Biomater Odontol Scand. 2016; 2(1): 12-9.
20. Badung  DAMM.  Analisa  Ketahanan  Gigi  Tiruan Jembatan  Fiber-Reinforced  Composite  Terhadap Fraktur  dan  Gambaran  Fraktur  yang  Terjadi [Skripsi].  Jakarta:  Fakultas  Kedokteran  Gigi Universitas Indonesia; 2012.