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Ensayos mecánicos cuasiestáticos para el diseño y la fabricación asistidos por ordenador Carillas oclusales cementadas con material análogo de dentina fresado

DOI:

10.3791/67511

December 20th, 2024

In This Article

Summary

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Se desarrolló una prueba cuasiestática de carga a fractura con una bola de acero inoxidable no fija para determinar la resistencia a la fractura de restauraciones posteriores mínimamente invasivas de diseño y fabricación asistidas por computadora cementadas con materiales análogos de dentina. Esta prueba modela el régimen de carga típico responsable de la fractura de las restauraciones dentales.

Abstract

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Bajo los regímenes de tratamiento mínimamente invasivos actuales, la preparación dental menor y la restauración cerámica biomimética más delgada se utilizan para preservar la vitalidad, la estética y la función del diente restaurado. Ya están disponibles nuevos materiales cerámicos de diseño asistido por ordenador y fabricación asistida por ordenador (CAD/CAM). Para garantizar la longevidad, un dentista debe conocer la resistencia mecánica de estos productos recién lanzados en comparación con la cerámica de matriz de vidrio relativamente frágil. Además, se ha promovido un sustituto dental para la investigación en laboratorio, especialmente después de la pandemia, y se requiere más apoyo probatorio para su aplicación.

Este estudio desarrolló un protocolo de laboratorio para una prueba monótona de carga a fractura para determinar la resistencia a la fractura de carillas oclusales CAD/CAM de 1 mm de espesor. Los troqueles maestros se fresaron a partir de laminado de fibra de vidrio de alta presión, que tiene un módulo elástico y una fuerza de unión similares a los de la dentina hidratada. Se montaron en tapas de extremo de cloruro de polivinilo (PVC) con resina epoxi de curado en frío. Las carillas oclusales, también llamadas restauraciones de mesa, se fresaron a partir de bloques de disilicato de litio (LD) y nanocerámica de resina (RNC) y se cementaron en matrices maestras preparadas utilizando cemento de resina adhesiva de doble curado. Se dejaron curar completamente almacenándolos en agua destilada durante 48 h a 37 °C.

A continuación, todas las muestras se colocaron en una máquina de ensayo universal y se cargaron a través de una bola de acero inoxidable no fija de 5,5 mm que permite el movimiento lateral como ocurriría contra los dientes antagonistas. Se aplicó compresión a una velocidad de 1 mm/min y se generó el gráfico de carga-desplazamiento. La capacidad de carga máxima promedio de las restauraciones en el grupo RNC (3,212.80 ± 558.67 N) fue significativamente mayor que en el grupo LD (2727.10 ± 472.41 N) (p < 0.05). No se encontró despegue durante la prueba. Ambos materiales CAD/CAM pueden tener una distribución de defectos similar. Se encontraron grietas en el cono hertziano en el sitio de carga, mientras que las grietas radiales que se propagan desde la superficie de cementación se encontraron cerca del margen en ambos grupos.

Introduction

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En la actualidad, las restauraciones sin metal son muy preferidas en la dentición anterior y posterior debido a sus excelentes características ópticas y biocompatibilidad1. Sin embargo, el principal inconveniente de estos materiales es su susceptibilidad a la fractura2. La mayoría de las cerámicas son vulnerables a las grietas generadas por tensiones de tracción, incluso bajo baja deformación3. Las fracturas de las prótesis cerámicas dentales suelen desarrollarse a partir de un lento crecimiento de grietas radiales debido a la exposición prolongada a las tensiones de tracción generadas durante la masticación4. Sus debilidades se intensifican con fallas o defectos intrínsecos dentro de los materiales y fallas extrínsecas de la fabricación y el posprocesamiento5. La resistencia a la flexión, es decir, la capacidad de soportar la tensión de tracción, de los materiales dentales CAD/CAM puede lograrse y compararse mediante pruebas estándar como las pruebas de flexión uniaxiales (flexión de 3 o 4 puntos) y biaxiales (bola en anillo, anillo en anillo y pistón en tres bolas). Mientras tanto, la tenacidad a la fractura, la capacidad de un material para resistir el crecimiento de grietas, se puede derivar de una viga de muesca de un solo filo y una prueba de indentación. Sin embargo, estas pruebas no pueden predecir y representar completamente el comportamiento de las prótesis cementadas con diferentes configuraciones anatómicas6. Se han introducido otros ensayos mecánicos monótonos o dinámicos para justificar su realización con diversos aspectos clínicos 7,8.

La prueba de carga para fracturar o "crujir la corona" se ha utilizado ampliamente en odontología para investigar y comparar las resistencias de las restauraciones cerámicas con geometrías complejas 9,10. La compresión uniaxial monotónica se ejerce de forma cuasivatica sobre las restauraciones en dirección vertical o lateral hasta que se produce una fractura catastrófica. La resistencia a la fractura del material se puede determinar a partir de la fuerza de carga máxima, mientras que los modos de fractura, incluido el sitio y la dirección de las grietas, se pueden examinar microscópicamente. Una buena restauración debe ser capaz de soportar tanto el esfuerzo de compresión como el esfuerzo de tracción de la fuerza máxima de mordida voluntaria, la fuerza masticatoria más alta generada por los músculos elevadores mandibulares bajo la influencia de la biomecánica craneomandibular y la vía refleja11,12, que puede ser de hasta 900 N en los dientes posteriores3. Además, el bruxismo puede aumentar involuntariamente la fuerza a 1.200 N en la misma región13. Además de las propiedades del material (es decir, el módulo elástico), las geometrías, los espesores, el cemento adhesivo y la distribución de defectos influyen en la resistencia de cualquier prótesis14. Sin embargo, se han planteado argumentos sobre la relevancia clínica de estas pruebas debido a las altas fuerzas no clínicas y a que los mecanismos de fracaso son disímiles a las situaciones clínicas 6,14. Una prueba de resistencia a la fatiga que involucre el análisis de estrés escalonado y la condición intraoral puede ser un enfoque más realista para predecir la longevidad de las restauraciones dentales7. Sin embargo, la carga a fractura sigue siendo una prueba in vitro rápida, sencilla y repetible para comparar las resistencias de los nuevos materiales cerámicos CAD/CAM lanzados al mercado en los que los datos del fabricante pueden no ser fiables 15,16,17. El resultado puede reflejar la tolerancia de la prótesis a fuerzas extremas provenientes de actividades parafuncionales y situaciones clínicas inesperadas, como la mordedura de semillas duras o gravas, lo que también provoca fracaso en las prótesis dentales 18,19,20,21.

Con su uso cada vez mayor para rehabilitar los dientes posteriores, se ha investigado el rendimiento mecánico de las carillas oclusales hechas de materiales CAD/CAM fresados e impresos para varios aspectos, incluidos los tipos de materiales, los diseños protésicos, el diseño de la preparación de pilares dentales, los espesores, los tratamientos superficiales, la unión adhesiva y el sistema de cemento de cementación22,23. Sin embargo, los datos aún son limitados y los materiales de prueba provienen de cerámica de matriz de vidrio y materiales compuestos CAD/CAM convencionales. Ahora está disponible un material híbrido alternativo, la nanocerámica de resina. Afirma incorporar la fuerza de los rellenos nanocerámicos y la resistencia de la matriz de resina, que puede ser adecuada para una restauración delgada y mínimamente invasiva. Sin embargo, su rendimiento mecánico, especialmente en la región molar, requiere más evidencia de apoyo para las implicaciones clínicas.

Hasta ahora, los investigadores no han tenido materiales que puedan sustituir a los dientes naturales en pruebas de laboratorio. Laminado de fibra de vidrio de alta presión (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos; NEMA grado G10) con el nombre comercial de Garolite ha sido propuesto como un material análogo de la dentina para las pruebas mecánicas de cerámicas dentales desde 201014. Es un material compuesto termoestable compuesto por varias capas de fibra de vidrio empapada en resina epoxi a alta presión. Puede soportar condiciones de alta tensión con propiedades elásticas, comportamiento a la fatiga y resistencias de unión adhesiva similares a las de la dentina hidratada14,24. Proporciona ventajas sobre los dientes naturales en cuanto a la preparación de muestras, la estandarización y la autorización ética, con ahorros de tiempo debido a la reducción de las preocupaciones de bioseguridad24. El tratamiento de la superficie se puede realizar mediante grabado con ácido fluorhídrico al 5% o al 10% de 60 s a 90 s y aplicando un agente de acoplamiento de silano14,24. Sin embargo, los estudios sobre prótesis cementadas con este material son limitados y la fiabilidad de la evidencia existente sigue siendo cuestionable 24,25.

En este estudio, se desarrolló un protocolo de laboratorio para una prueba monótona de carga a fractura de carillas oclusales de 1 mm de espesor cementadas a las matrices maestras fresadas a partir de material análogo de dentina contra una bola de acero inoxidable no fijada. Se cuantificaron y compararon estadísticamente las capacidades de carga máximas de dos materiales dentales CAD/CAM: disilicato de litio (LD) - IPS e.max CAD y nanocerámica de resina (RNC) - Lava Ultimate, con n = 15 por grupo, mediante una prueba t independiente de dos muestras y un análisis estadístico de Weibull. Los patrones de fractura también se investigaron bajo estereoscopía óptica y microscopía electrónica de barrido. La hipótesis del estudio fue que este era un método apropiado para modelar el fracaso de las carillas oclusales en aplicaciones clínicas. La hipótesis estadísticamente nula fue que no debería haber diferencia en las capacidades de carga máximas entre las carillas oclusales fabricadas con los dos materiales.

Protocol

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1. Fabricación de análogos dentales

  1. Reducir anatómicamente la superficie oclusal de un primer molar mandibular tipodonte (con raíz bifurcada) en 1 mm y biselar el margen con fresas de diamante gruesas y finas.
  2. Escanee el error tipográfico preparado con un escáner de laboratorio dental.
  3. Abra el archivo escaneado con OrthoAnalyzer en el software CAD. En la ventana del kit de herramientas Sculpt , haga clic en la herramienta Cuchillo de cera y establezca su diámetro y nivel en 2,6 mm y 63 μm, respectivamente. Tire gradualmente de cada superficie de la raíz entre sí para fusionar las raíces bifurcadas en una sola raíz para facilitar el proceso de molienda (Figura 1).
  4. Fresar las matrices análogas de dientes de un laminado de fibra de vidrio de alta presión (n = 30) (Garolita, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos [NEMA] grado G10) utilizando una fresadora de cinco ejes (Figura 2).

2. Montaje

  1. Utilice cualquier software CAD adecuado (por ejemplo, Autodesk Inventor Professional 2025) para diseñar una plantilla que se ajuste a la sección de la raíz del diente del modelo y al espacio dentro de las tapas de los extremos de PVC para garantizar la posición y orientación estandarizadas de la muestra de prueba.
  2. Imprima una plantilla por toque de prueba en PMMA o material de módulo similar utilizando una impresora 3D.
  3. Combine las piezas de la raíz y los troqueles con la tapa del extremo de PVC, normalmente de 25 mm de diámetro interior, 21,5 mm de alto y 5,5 mm de grosor de pared.
  4. Mezcle la resina epoxi de baja viscosidad de curado en frío y viértala hasta la región de unión del esmalte cementoso de los dientes modelo. Tenga cuidado de no contaminar la superficie oclusal de los dientes del modelo con la resina que fluye. Dejar reposar completamente a temperatura ambiente durante al menos 24 h (Figura 3).

3. Fabricación de carillas oclusales

  1. Importe el archivo escaneado del diente análogo al software CAD.
  2. En Instrucciones, determine la dirección de inserción de la carilla oclusal.
  3. En Interfaces, seleccione Línea de margen y marque la línea de margen del análogo de diente escaneado. A continuación, seleccione Interfaz de troquel | Avance la configuración y ajuste el espacio de cemento a 0,025 mm y el espacio de cemento adicional a 0,050 mm.
  4. En Diseño de anatomía, diseñe una carilla oclusal de 1 mm de grosor utilizando una plantilla de Smile Library y ajústela con las herramientas de Sculpt.
  5. Fresar los bloques de disilicato de litio (IPS e.max CAD) y nanocerámica de resina (Lava Ultimate) (n=15 por grupo) utilizando una fresadora de cinco ejes y siguiendo las instrucciones del fabricante (Figura 4).

4. Unión y cementación

  1. Limpie todos los troqueles maestros durante 90 s en una máquina ultrasónica y séquelos al aire. A continuación, aplique ácido fluorhídrico al 5% en la superficie oclusal durante 60 s, enjuague bien con agua y seque al aire.
  2. Para el grupo LD, grabe la superficie interna con ácido fluorhídrico al 5% durante 20 s, enjuague a fondo con agua y seque al aire.
  3. Para el grupo RNC, abrasión por aire con polvo de óxido de aluminio de 50 μm de tamaño de grano a 2 bares (200 kPa, 30 psi) durante 10 s. Retire el exceso de arena con alcohol y seque al aire.
  4. Aplique silano, un agente adhesivo universal, y cargue cemento adhesivo de doble curado sobre el calcado de restauración. Coloque la restauración en los troqueles maestros preparados cargándolos debajo de un cabezal de compresión relleno de silicona en una máquina de pruebas universal con una carga de 40 N.
  5. Curado con un diodo emisor de luz (LED) utilizando la intensidad de la luz en el modo normal de 1.000-1.200 mW/cm2 durante 1-2 s. Retire el exceso de cemento, continúe la luz de polimerización en cada superficie durante 20 s y déjela en la máquina de prueba universal durante 5 minutos.
  6. Retirar de la máquina de ensayo universal y dejar en agua destilada a 37 °C durante 48 h para permitir que el cemento se cure completamente.
  7. Antes de realizar la prueba, use marcadores permanentes finos para dibujar tres líneas de referencia medial-laterales (sinistral, central y dextral) y tres líneas de referencia antero-posteriores (superior, central e inferior) en diferentes colores usando marcadores permanentes finos.

5. Ensayos mecánicos cuasiestáticos

  1. Coloque la muestra de prueba en el centro de la platina inferior de una máquina de prueba mecánica con una celda de carga de 5 kN configurada para pruebas de compresión.
  2. Coloque una bola de acero inoxidable de 5,5 mm de diámetro en la fosa central de la restauración en la intersección de las líneas de referencia centrales (Figura 5).
  3. Coloque un anillo acrílico protector alrededor de la muestra y un protector de desechos frente a la máquina de prueba para limitar los desechos voladores.
  4. Baje la cruceta hasta que esté casi en contacto con la bola de acero y cero carga y desplazamiento.
  5. Aplicar compresión a 1 mm/min hasta que la restauración se fracture, indicada por una caída brusca de la carga. Registre esta carga (Figura 5).
  6. Después de la fractura, retire el escudo y el anillo acrílico, y recoja con cuidado la muestra de prueba y sus fragmentos. Las líneas coloreadas ayudan a colocar los fragmentos cerámicos en sus posiciones originales para su posterior análisis (Figura 5).
  7. Coloque la siguiente muestra de prueba y siga los pasos 5.2-5.6 hasta que se completen los grupos.

6. Análisis estadístico

  1. Rellene las hojas de trabajo de Minitab con los códigos de material y los valores de carga máxima (N) recuperados del experimento en la primera y segunda columna, respectivamente.
  2. Realice una prueba t independiente para dos muestras seleccionando Estadísticas | Estadísticas Básicas | T de 2 muestras. Establezca el nivel de confianza en 95% y suponga varianzas iguales.
  3. Cree el gráfico de distribución de Weibull seleccionando Estadísticas | Fiabilidad/Supervivencia | Análisis de distribución (censura de derechas) | Gráfico de ID de distribución. Elija los valores máximos de carga en el cuadro Variable , marque y elija los nombres de los materiales en el cuadro Por variable , especifique la distribución como Weibull y haga clic en Aceptar.
  4. Realice el análisis estadístico de Weibull seleccionando Estadísticas | Fiabilidad/Supervivencia | Análisis de distribución (censura de derechas) | Análisis de distribución paramétrica | Weibull | Gráficos. Elija la gráfica de probabilidad | Muestre los intervalos de confianza en las gráficas anteriores y haga clic en Aceptar.

7. Análisis fractográfico

  1. Para la microscopía estereoscópica, monte la cámara del ocular y capture imágenes (20x) de las vistas aéreas y laterales de las muestras a través del software de microscopía estereoscópica.
  2. Para la microscopía electrónica de barrido, corte la muestra hasta la unión del esmalte cementoso (CEJ), colóquela en un baño de acetona en un limpiador ultrasónico y luego séquela al aire. Recubrimiento de oro y captura de imágenes (250-300 aumentos) de las vistas aéreas y laterales de las muestras.

Results

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El cálculo del tamaño de la muestra se realizó utilizando el software referenciado, que generó un tamaño del efecto de 0,39 y sugirió un tamaño mínimo de la muestra de n = 13 por grupo. Sin embargo, en este estudio se eligió un tamaño de muestra de n = 15 para detectar la diferencia del 5%. La hipótesis nula fue rechazada. A pesar de tener mayor resistencia a la flexión, los valores medios de la fuerza de carga máxima de las carillas oclusales de 1 mm de espesor (n = 15 por grupo) del grupo LD (disilicato de litio: 2.727,10 ± 472,41 N) fueron significativamente inferiores a los del grupo RNC (nanocerámica de resina: 3.212,80 ± 558,67 N) (p < 0,05). El parámetro de escala o fuerza característica (σ) de LD cuando la probabilidad de fallo es del 63,2% es ligeramente inferior al grupo RNC. Sin embargo, el parámetro de forma o módulo de Weibull (m) representado por la pendiente de la gráfica de probabilidad (IC 95%) de la LD fue similar al grupo RNC, como se muestra en la Figura 6, lo que refleja que ambos materiales pueden poseer una distribución similar de fallas o defectos internos. Todos los datos se presentan en la Tabla 1.

En la Figura 7 y la Figura 8, respectivamente, se presentan imágenes de microscopio estereoscópico de carillas oclusales LD y RNC fracturadas en vistas aéreas y laterales. Ambos grupos de prueba representaron las grietas superficiales en forma de anillo en la intersección de las líneas de referencia centrales en la fosa central. La grieta era, de hecho, una parte del sistema de grietas del cono hertziano que se expande extensamente en la capa profunda de las restauraciones. Por lo general, consistía en una grieta exterior (OC), una grieta interna (IC) y una grieta mediana (MC), como se muestra en la Figura 9. La grieta radial que se origina y propaga desde la superficie de cementación opuesta al sitio de impactación fue difícil de identificar debido a la delgadez de las restauraciones y a la naturaleza de la prueba de crujido de la corona. Sin embargo, el origen de la fractura secundaria causada por la tensión de tracción que se presenta como grietas radiales se pudo observar en el área marginal de la restauración restante unida a los troqueles maestros. En la Figura 10 se presentan fragmentos que muestran las características fractográficas de la dirección de propagación de la grieta radial desde el origen de la fractura secundaria. Las fracturas completas a granel se localizaron consistentemente en la cara distolingual de ambos grupos restauradores, excepto una muestra en el grupo RNC donde la fractura ocurrió buccolingualmente en la cara distal.

En la Figura 11 y la Figura 12 se muestran imágenes representativas de mayor aumento bajo el microscopio electrónico de barrido en vistas aéreas y laterales de ambos grupos de prueba. Debido a la impregnación de rellenos nanocerámicos con un 80% en peso en la matriz polimérica altamente reticulada con un 20% en peso, las superficies de fractura de las carillas hechas de RNC presentaron apariencias rugosas y fibrosas, que son características de la deformación plástica en fracturas dúctiles. Por el contrario, las restauraciones hechas de LD se rompieron en múltiples pedazos con grietas que se propagaron desde los orígenes de la fractura (FO) a las capas más profundas directamente con pocas interrupciones o desviaciones de grietas. Además, el área de impactación original de una bola de acero inoxidable se pudo ver en el área superior derecha aproximadamente a 1 mm de una línea fracturada en algunos especímenes, independientemente del tipo de material. Esto demuestra que la bola podía deslizarse a su posición final cuando no estaba perfectamente alineada en la fosa central durante la carga de compresión.

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Figura 1: Imágenes digitales del software de diseño dental asistido por ordenador que muestran la raíz bifurcada fusionada de un primer molar mandibular tipodonte. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 2: Troquel maestro fresado a partir de un disco laminado de fibra de vidrio de alta presión utilizando una fresadora dental de 5 ejes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 3: Montaje de los troqueles maestros. (A) Las plantillas se fabrican con filamento de PMMA impreso. (B) Se colocan de forma segura en una tapa de PVC para estandarizar la orientación y posición del análogo del diente. (C) La resina epoxi de baja viscosidad de curado en frío se vierte hasta la unión del esmalte de cemento del análogo dental y se deja a temperatura ambiente durante al menos 24 horas para que se asiente. Abreviaturas: PMMA = polimetacrilato de metilo; PVC = cloruro de polivinilo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4: Bloques CAD/CAM después del fresado y acabado siguiendo las instrucciones del fabricante. (A) Disilicato de litio, (B) Nanocerámica de resina. Abreviaturas: CAD = diseño asistido por ordenador; CAM = fabricación asistida por ordenador. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 5: Ensayos mecánicos cuasiestáticos. (A) Se coloca una bola de acero inoxidable de 5,5 mm en la fosa central de la restauración. (B) La muestra se coloca en el centro de la máquina de prueba universal con una celda de carga de 5 kN y se comprime con una placa de compresión a 1 mm / min protegida por el anillo acrílico y el protector de desechos. La extensión (mm) y la fuerza de carga máxima (N) se registrarán en el software. (C) Las piezas a granel de especímenes fracturados se recogen cuidadosamente y se vuelven a colocar en su posición original siguiendo las líneas de color del marcador permanente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 6: Gráfico de probabilidad de Weibull de la carga máxima de fractura con un IC del 95% entre carillas oclusales hechas de LD y RNC. La carga máxima de fractura (N) con IC del 95% se produjo entre las carillas oclusales hechas de LD (línea azul) y RNC (línea roja). El parámetro de forma o el módulo de Weibull (m) representa la pendiente de la gráfica, mientras que el parámetro de escala o la resistencia característica (σ) representa el valor de resistencia de los materiales cuando la probabilidad de fallo es del 63,2% (línea verde). Los parámetros y la línea ajustada muestran el análisis de máxima verosimilitud. Abreviaturas: LD = disilicato de litio; RNC = nanocerámica de resina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 7: Carillas oclusales de disilicato de litio bajo microscopio estereoscópico (20x). (A) Vista aérea; (B) vista lateral. Barras de escala = 2 mm (A), 1 mm (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 8: Carillas oclusales nanocerámicas de resina bajo un microscopio estereoscópico (20x). (A) Vista aérea; (B) vista lateral. Barras de escala = 2 mm (A), 1 mm (B). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 9: Características fractográficas representativas de las carillas oclusales. (A) LD y (B) RNC. Las flechas blancas apuntan a la grieta del anillo donde se produjo el origen de la fractura primaria y se propagó a partir de la compresión de la bola, generando grietas típicas del cono hertziano con grietas en el cono externo, grietas en el cono interno y una grieta mediana. El origen de la fractura secundaria causada por el esfuerzo de tracción se encontró cerca de la región marginal. Las flechas punteadas marcan la dirección de propagación de la grieta, donde también se pueden notar otras características, como las líneas de detención, dependiendo de las condiciones de la imagen. Barras de escala = 2 mm (A), 1 mm (B). Abreviaturas: LD = disilicato de litio; RNC = nanocerámica de resina; 1° FO = origen de la fractura primaria; 2° FO = origen de la fractura secundaria; OC = grieta del cono exterior; IC = grietas en el cono interior; MC = grieta mediana; DCP = dirección de propagación de la grieta; AL = líneas de arresto. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 10: Características fractográficas representativas de los fragmentos de carilla oclusal. (A) LD y (B) RNC. El origen de la fractura secundaria fue cercano al margen de la carilla oclusal. Las flechas punteadas marcan la dirección de propagación de la grieta con otras características fractográficas como la zona de niebla, el hackle retorcido, la línea de Wallner y la línea de detención. Barras de escala = 1 mm. Abreviaturas: LD = disilicato de litio; RNC = nanocerámica de resina; 2° FO = origen de la fractura secundaria; DCP = dirección de propagación de la grieta; AL = líneas de detención; M = zona de niebla; TH = hackle retorcido; WL = Línea de Wallner. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 11: Imágenes SEM representativas de carillas oclusales LD fracturadas. (A) Vista aérea; (B) vista lateral. La flecha blanca representa la impactación inicial de la bola de acero inoxidable. Barras de escala = 1 mm. Abreviaturas: LD = disilicato de litio; SEM = microscopio electrónico de barrido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 12: Imágenes SEM representativas de carillas oclusales RNC fracturadas. (A) Vista aérea; (B) vista lateral. Barras de escala = 1 mm. Abreviaturas: RNC = nanocerámica de resina; SEM = microscopio electrónico de barrido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Discussion

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En los últimos años, las carillas oclusales mínimamente invasivas han recibido cada vez más atención en la odontología restauradora contemporánea. Estas restauraciones suelen fabricarse a partir de materiales monolíticos de cerámica de matriz de vidrio CAD/CAM, policristalinos e híbridos26. La preparación conservadora de los dientes, la facilidad de acceso y visibilidad durante la preparación de los dientes, la toma de impresiones y la cementación, y la preservación de la encía marginal han sido promovidas como ventajas26,27. Las directrices actuales recomiendan un espesor de 1,5-2,0 mm en la cúspide de soporte y en la fosa central para garantizar la durabilidad y el rendimiento mecánico28,29. Sin embargo, debido a las tasas de supervivencia experimentales favorables, las carillas oclusales ultrafinas de 0,7-1,0 mm de espesor se emplean ahora ampliamente como un enfoque restaurador mínimamente invasivo 26,30,31.

Las diferencias en los componentes microestructurales y las técnicas de procesamiento pueden afectar las propiedades del material dental CAD/CAM, incluidas las propiedades fisicomecánicas, las propiedades ópticas, el coeficiente de expansión térmica (CTE) y la solubilidad química3. Después del mecanizado, LD generalmente requiere tratamiento térmico para convertir los cristalitos de metasilicato en cristales de disilicato de litio completamente cristalizados con una resistencia a la flexión de ~ 377 MPa y un módulo elástico de 67.2 GPa 32,33,34. Por el contrario, el RNC no requirió postprocesamiento y tuvo una resistencia a la flexión de hasta 200 MPa y un módulo elástico de 12,7 GPa34. Varios estudios encontraron que los valores de resistencia a la flexión de las pruebas estándar generales que utilizan dimensiones simples no se correlacionaron con las cargas de fracaso de las restauraciones dentales con diferentes morfologías y espesores complejos 15,16,17.

En este estudio, la resistencia a la fractura de las carillas oclusales de 1 mm fabricadas con RNC fue superior a la del grupo LD, con resultados similares a los estudios previos realizados con dientes naturales 35,36,37. La mayor capacidad portante de este material híbrido puede derivar de la resistencia y resiliencia de los rellenos cerámicos y de la matriz compuesta de resina, que permiten la armonización de su módulo elástico con la dentina (15 GPa) y el material dentin-análogo (16,5 GPa), mejorando la distribución de la tensión14,38. Este estudio no incorporó el proceso de envejecimiento y la simulación de masticación en el cálculo, por lo que no pudo representar los valores de resistencia a largo plazo de estas restauraciones. Sin embargo, se ha informado que la tasa de supervivencia de las carillas oclusales hechas de resina compuesta CAD/CAM temprana es mayor que la de LD 39,40.

A diferencia de las aleaciones dentales, las cerámicas dentales no exhiben una distribución gaussiana o normal de los valores de resistencia debido a la variación en la distribución de los tamaños de defecto41. Su falla generalmente se asocia con la población de fallas de gran tamaño, que generalmente pondera la frecuencia de fallas en el lado derecho de la distribución. Por lo tanto, se requeriría una regresión paramétrica para confirmar la confiabilidad de la resistencia del material. De acuerdo con la norma BS EN 61649: 2008, el análisis estadístico de Weibull podría aplicarse con un tamaño de muestra tan pequeño como n = 10 pero con una confianza limitada42. Se requeriría un tamaño de muestra grande, generalmente superior a 20, para garantizar la confiabilidad estadística y errores de estimación más pequeños43. Los materiales con valores bajos de módulo de Weibull (m) pueden fallar o romperse en una región amplia. Por el contrario, aquellos con valores grandes tienen más probabilidades de fallar en la región de mayor tensión debido a una distribución de fuerza estrecha. La mayoría de los valores m de las cerámicas dentales comerciales se sitúan entre 5 y 15 43, mientras que el resultado de ambos materiales CAD/CAM utilizados en este estudio es de ~6,7, lo que podría diferir cuando se incluyen más muestras de prueba.

La investigación odontológica futura, cuando se haya prestado más atención a las cuestiones de bioseguridad y a las leyes de derechos humanos44, puede depender más de materiales sustitutivos para las pruebas experimentales in vitro . Este estudio promueve el uso de material análogo de dentina molida hecho de fibra de vidrio tejida impregnada con resina epoxi sobre polimetacrilato de metilo (PMMA), que tiene menor resistencia mecánica y problemas de desunión45. También se ha sugerido una poliamida rellena de vidrio como otro material sustituto de los experimentos de laboratorio24. No obstante, es posible que estos materiales sintéticos no puedan reemplazar completamente los dientes naturales a pesar de tener propiedades elásticas y capacidad de unión similares. Un estudio reciente encontró que las coronas de disilicato de litio cementadas con laminado de vidrio epoxi o poliamida rellena de vidrio mostraron una mayor resistencia a la fatiga que cuando se unieron a la dentina natural25.

Este estudio no puede comparar tales resultados, ya que no incluyó los dientes naturales, un grupo de control. Sin embargo, al comparar dos o más materiales de carillas diferentes, el uso de un modelo artificial para dientes naturales muestra una mayor repetibilidad y no tiene problemas de suministro, almacenamiento, esterilización o transmisión de enfermedades. La única preocupación del laminado de vidrio epoxi es la dureza de su superficie, lo que dificultó el proceso de molienda, especialmente en la bifurcación de la raíz. Una simplificación del uso de una sola raíz no anatómica con ausencia de ligamento periodontal no altera el comportamiento portante de la restauración46. Se requieren más estudios para justificar completamente las propiedades mecánicas de estos materiales sustitutivos y las prestaciones de unión con otros materiales restauradores a través de diferentes enfoques.

Este estudio también destaca la factibilidad de utilizar una bola de acero inoxidable no fija como indentador para una prueba de compresión uniaxial monotónica. Se han utilizado varios tipos de indentadores fijos en pruebas de laboratorio, incluidas las formas romas, de pistón, de media bola y de bola 14,47,48,49,50. Sin embargo, estos pueden crear una tensión indeseable en un punto de los materiales de prueba. Además, no modela la posición clínica, donde las cúspides antagonistas pueden desplazarse hasta 0,5 o 1 mm excéntricamente51,52. A diferencia de un indentador fijo, la bola de acero inoxidable utilizada en este estudio puede moverse ligeramente para entrar en contacto y disipar la tensión en el centro de la prótesis, evitando la acumulación de tensión en una sola superficie inclinada. Al igual que estudios previos, la investigación fractográfica reveló que la carga a fractura con carga monótona podría no ser capaz de representar completamente el sistema de grietas subsuperficiales que se origina en la superficie de unión opuesta al sitio de carga 6,14. Sin embargo, en este estudio, se observaron grietas radiales subsuperficiales en los márgenes en ambos grupos restauradores, marcando el fracaso común de la prótesis cerámica por el uso diario a largo plazo53,54. Por lo tanto, prestar atención al proceso de mecanizado del margen de las prótesis mínimamente invasivas es esencial para no crear fallas o defectos extrínsecos que puedan escalar los eventos de falla.

Dentro de las limitaciones de este estudio, se puede concluir que las carillas oclusales de 1 mm fabricadas con nanocerámica de resina CAD/CAM tienen una resistencia a la fractura superior al disilicato de litio convencional. Aun así, ambos demostraron una resistencia adecuada a la fractura frente a la fuerza máxima de mordida voluntaria e involuntaria y son materiales prometedores para restaurar los dientes posteriores bajo un esquema mínimamente invasivo. Las pruebas mecánicas cuasiestáticas en este estudio pueden dar una pista sobre la resistencia de los materiales de restauración CAD/CAM dentales, probablemente en la etapa temprana después de la colocación, a través de la capacidad de carga máxima con sistemas de grietas clínicamente relevantes que se observan. Los materiales restauradores más nuevos, como el silicato de aluminio y litio avanzado (LAS), el disilicato de litio reforzado con circonio (ZLS) y otros materiales análogos de los dientes, podrían investigarse más a fondo con este entorno de laboratorio propuesto bajo envejecimiento artificial y simulación de afecciones orales.

Disclosures

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Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.

Acknowledgements

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Este estudio ha recibido financiación de la Facultad de Odontología de la Universidad de Mahidol, Bangkok, Tailandia. Los autores agradecen a la Dra. Erica Di Federico, de la Escuela de Ingeniería y Ciencia de los Materiales, y al Dr. Thomas Kelly, de la Escuela de Geografía de la Universidad Queen Mary de Londres, por sus aportaciones técnicas expertas y su orientación en este trabajo.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Impresión 3D (SLA)  Formlabs, Somerville, MA, EE. UU.Form3+
3Shape Dental Designer 3Shape A/S, Copenhague, DinamarcaSoftware CAD para dientes análogos y carillas
Ácido fluorhídrico al 5%;Ivoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinIPS Gel de grabado cerámico
Polvo de alúminaRonvig Dental Mfg. A/S, Daugaard, Dinamarca
Bluehill Software universal de pruebas de materiales Instron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, EE. UU.
Software CamLabLite Bresser UK Ltd, Kent, Reino UnidoSoftware de microscopía estereoscópica
Resina epoxi de baja viscosidad de curado en frío Struers SAS, Champigny-sur-Marne, Francia
Cemento de resina de doble polimerización 3M, Saint Paul, MN, EE. UUcemento de resina adhesiva Rely X
 ToupTek Photonics Co., Ltd., Hangzhou, China
Discos laminados de fibra de vidrio de alta presión  (G10)PAR Group Ltd, Lancashire, Reino Unido
IPS e.max CADIvoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinYB54G9/605330de baja translucidez, A3, C14
nbsp;3Shape A/S, Copenhague, DinamarcaD900L
Lava Ultimate3M ESPE, Saint Paul, MN, EE. UU.9541467/3314A3-LT Luz debaja translucidez, A3, 14L
 Instrumento médico del pájaro carpintero, Guilin, fresadora de China
 VHF camfacture AG, Amnnerbuch, AlemaniaVHF S2
Minitab 18 Minitab Inc, State College, PA, EE. UU
nQuery Advisor Versión 9.2.10 Statistical Solutions Ltd., CA, EE. UU.Software estadístico
Tapa de extremo de cloruro de polivinilo Plastic Pipe Shop Ltd, Stirling, Reino Unido25 mm X 21,5 mm;
Microscopio electrónico de barrido Tescan, Brno, RepúblicaCheca Tescan Vega
Agente de acoplamiento de silano 3M, Saint Paul, MN, EE. UU.RelyX Ceramic Primer
Autodesk Inventor Professional 2024Autodesk, San Francisco, CA, EE. UUSoftware CAD para plantilla
Rociador de recubrimiento al vacío por pulverización catódica   Quorum, East Sussex, Reino UnidoMiniQS Sputter Coater
Stata18 StataCorp LLC, College Station, TX, EE. UU
. Microscopio estereoscópico Carl Zeiss AG, Oberkoche, AlemaniaZeiss Stemi 508
Primer molar mandibular tipodonto Frasaco GmbH, Tettnang, AlemaniaANA-4 Z3RN-36
Agente adhesivo dental universal   3M, Saint Paul, MN, EE. UU.Adhesivo universal Scotch Bond
Máquina de prueba universalInstron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, EE. UU. Intron 5900-84 
Software CAD . Cámara ocular de Escáner de laboratorio & polimerización de diodo emisor de luz (LED) de . .

References

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