为了理解牙科树脂复合材料充填体中聚合收缩应力的空间发展，采用数字图像相关技术，通过关联充填模型玻璃窝洞在聚合前后拍摄的图像，提供全场位移/应变测量结果。
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本文内容
摘要
摘要
牙科树脂复合材料的聚合收缩可能导致复合材料修复牙发生修复体脱粘或牙体组织开裂。为了理解此类修复牙中收缩应变和应力的发生位置及发展方式，采用数字图像相关法（DIC）全面展示了经历聚合收缩后模型修复体内部的位移和应变分布情况。
采用直径和长度均为10 mm的圆柱形玻璃棒制备带有模型窝洞的试件。每个试件上制备的近-𬌗-远（MOD）窝洞尺寸分别为3 mm（宽）和2 mm（深）。用树脂复合材料填充窝洞后，将待观察表面先喷涂一层薄的白色涂料，再喷上细的黑色炭粉，以形成高对比度的散斑图案。分别在固化前和固化5分钟后拍摄该表面的图像。最后，利用数字图像相关（DIC）软件对这两幅图像进行相关分析，以计算位移和应变分布。
树脂复合材料向窝洞底部垂直收缩，修复体顶部中心区域的向下位移最大。同时，材料沿其垂直中线水平向内收缩。复合材料的收缩拉伸了“牙体-修复体”界面附近的材料，导致牙尖发生偏转，并在修复体周围产生较高的拉应变。靠近窝洞壁或洞底的材料，其正应变主要垂直于界面方向。两个正应变分量的叠加结果显示，修复体周围应变分布相对均匀，其数值约等于材料的体积收缩应变。
引言
树脂复合材料因其优异的美观性和操作性能，被广泛应用于牙体修复。然而，尽管树脂复合材料能够与牙体组织形成粘接，其聚合收缩仍然是临床关注的问题，因为产生的收缩应力可能导致牙齿与修复体界面处发生脱粘1-2。因此，细菌可能侵入并定植于粘接失效区域，导致继发性龋损。另一方面，若修复体与牙齿粘接良好，收缩应力则可能引起牙体组织开裂。上述任一种失效形式都将危及牙科修复体的使用寿命，而修复体在使用过程中需承受大量热循环和机械载荷的作用。
因此，聚合收缩应变和应力的测量在牙科树脂复合材料的开发与评价中变得不可或缺3-4。目前已开发出多种测量技术或方法5-11，其主要目的是提供一种简单可靠的装置，用于测量树脂复合材料的收缩行为。尽管这些方法所提供的测量结果可能足以比较不同材料的收缩行为，但它们无法帮助理解在实际修复牙齿中收缩应力是如何以及在何处产生的。具体而言，一个备受关注的问题是：窝洞壁如何限制复合材料的收缩，从而导致牙科修复体中产生收缩应力12。需要注意的是，要产生收缩应力，树脂复合材料的部分收缩应变必须转化为拉伸弹性应变。因此，若能测量修复体中这一应变组分将具有重要意义。近年来，光学全场应变测量技术——数字图像相关法（Digital Image Correlation, DIC）已被应用于树脂复合材料自由收缩以及牙科修复体中....
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方案
注意：本研究使用玻璃空腔测试了三种牙科树脂复合材料：Z100、Z250 和 LS，详见材料列表。其中，LS 是一种低收缩率树脂复合材料，其体积收缩率约为 1.0%，远低于 Z250 和 Z100（分别约为 2% 和 2.5%）18-19。本研究中使用的设备及其他材料也列于材料列表中。
1. 模型窝洞预备
- 使用低速金刚石锯将直径为10 mm的长圆柱形玻璃棒切割成10 mm长的短棒。
- 使用改装的低速金刚石锯，在每个样本上制备一个近中-咬合-远中（MOD）洞形（图 1），尺寸为3 mm（宽）× 2 mm（深）。
- 将每个圆柱形样本抛光，形成一个垂直于洞形长度方向的平面，其尺寸如图 1所示。该平面可用于修复体上的精确聚焦和图像校准，此后称为观察面。
- 为所测试的三种材料（Z100、Z250 和 LS）各自准备三个样本：参见 材料表。
2. 使用树脂复合材料填充窝洞
- 使用毛刷将一层薄薄的陶瓷底涂剂涂于玻璃空腔的所有表面，以实现表面硅烷化。这有助于玻璃表面与树脂复合材料之间形成牢固结合。
- 约1分钟后，再涂布一层薄薄的粘接剂。对于LS复合....
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结果
每种材料测试了三个样本。每次测试后，通过肉眼或必要时使用显微镜对样本进行检查。在“牙齿-修复体”界面未发现明显的脱粘或开裂现象。
图像分辨率为1,600 × 1,180像素，像素大小为5.8 mm。当子集窗口大小为32像素时，位移分布的空间分辨率约为186 mm。
图3展示了使用Z250制备的固化修复体的典型位移矢量图。其他树脂复合材料的试样也产生了类似的位移图。可以看出，树脂复合材料向窝洞底部收缩，修复体顶部中心区域的向下位移最大。这种向下位移随着修复体深度的增加而逐渐减小。同时，树脂复合材料在水平方向上向修复体的垂直中线收缩，该处的水平位移为零。
水平应变图（图 4A）显示，在两个垂直的“牙体-修复体”界面处存在较高的拉伸应变集中。类似地，在图 4B中可见底部界面处存在垂直拉伸应变集中。在修复体内，应变分布并不均匀。图 4A显示，较高.......
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讨论
使用具有相同形状和尺寸的玻璃空腔进行收缩应变测量，旨在尽量减少因天然人牙在尺寸、解剖结构和材料特性方面的差异所导致的结果变异。此外，本研究中使用的熔融石英玻璃的杨氏模量与牙釉质相近，因此在力学行为方面，是一种适合模拟天然牙齿的替代材料21-22。尽管在实际牙齿修复中，树脂复合材料主要与牙本质而非牙釉质粘接，且这两种牙体组织的刚度存在差异，但使用较软的牙齿模型所获得的应变分布模式预计不会有显著不同，尽管其数值可能有所差异。通过使用陶瓷底涂剂和适当的粘接剂，确保了树脂复合材料与玻璃空腔壁之间的牢固粘接，从而使试样内的收缩应力能够充分发展而不会发生修复体脱粘。事实上，玻璃与树脂复合材料之间的粘接强度被认为高于玻璃本身的断裂强度，因为在使用较大空腔时，一些主要填充Z100的玻璃试样中已观察到裂纹。其他研究者也曾报道过类似现象12。
喷涂在树脂复合材料表面的薄层涂料由于其有限的刚度，可能会阻碍材料的流动和收缩。因此，需特别注意避免在树脂复合材料表面过度涂覆。喷涂时应从上方保持一定距离轻柔喷洒.......
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披露
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
致谢
本研究由明尼苏达牙科研究生物材料与生物力学中心（MDRCBB）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 牙科复合材料 Z100 | 3M ESPE | N362979 | 体积收缩率 ~ 2.5%，杨氏模量 ~ 14 GPa |
| 牙科复合材料 Z250 | 3M ESPE | N326080 | 体积收缩率 ~ 2.0%，杨氏模量 ~ 11 GPa |
| 牙科复合材料 LS | 3M ESPE | N240313 | 体积收缩率 ~ 1%，杨氏模量 ~ 10 GPa |
| 陶瓷底涂剂 | 3M ESPE | N167818 | Rely X |
| LS 系统粘接剂 | 3M ESPE | N391675 | 用于复合材料 LS 的粘接剂 |
| Adper Single Bond Plus | 3M ESPE | 501757 | 用于复合材料 Z100 和 Z250 的粘接剂 |
| 玻璃棒 | Corning Inc. | Pyrex 7740 硼硅酸盐玻璃 | |
| 光固化灯 | 3M ESPE | Elipar S10 | |
| 白色涂料 | Krylon Product Group | 室内外用，哑光白色 | |
| 活性炭粉末 | Sigma Aldrich, Co. | BCBH6518V | Fluka 活性炭 |
| CCD 相机 | Point Grey Research, Inc. | Point Grey Gras-20S4C-C |
参考文献
- Palin, W. M., Fleming, G. J. P., Nathwani, H., Burke, F. J. T., Randall, R. C. In vitro cuspal deflection and microleakage of maxillary premolars restored with novel low-shrink dental composites. Dental Materials. 21, 324-335 (2005).
- Li, H., Li, J., Yun, X., Liu, X., Fok, A. S. -L.
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重印与许可
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