Summary
치과 수지 복합 수복물의 중합 수축 응력의 공간적 발전을 이해하기 위해서는, 디지털 이미지의 상관 관계는 중합 전후에 찍은 복구 이미지의 상관 관계를 복원 모델 유리 충치의 전체 필드 변위 / 변형 측정을 제공하는 데 사용되었다.
Abstract
치과 수지 복합 재료의 중합 수축 복합 복원 된 치아의 복원 디 본딩 또는 금이 치아 조직을 초래할 수 있습니다. 위치와 방법을 수축 긴장과 스트레스를 이해하고 이러한 복원 치아에 개발하기 위해, 디지털 이미지의 상관 관계 (DIC)을 중합 수축을받은 모델 보철물 내에서 변위 및 응력 분포의 포괄적 인 뷰를 제공하는 데 사용되었다.
모델 공동 시편은 직경과 길이가 모두 10mm 인 원통형 유리 막대로 만들어졌다. 각 시험편을 제조 근심 - 교합-말단 (MOD) 공동의 치수는 각각의 폭과 깊이 3mm 및 2mm를 측정 하였다. 수지 복합과 공동을 충전 한 후, 관찰에서 표면은 흰색 페인트의 첫 번째 얇은 층과 높은 콘트라스트의 얼룩을 만들 수있는 다음 좋은 검은 숯 가루를 살포했다. 그 표면의 사진은 다음 후 경화 5 분 전에 촬영했다. 인터넷nally는,이 사진은 변위 및 변형률 분포를 계산하는 DIC 소프트웨어를 사용하여 상관 관계가 있었다.
수지 복합체는 복원이 가장 큰 변위를 갖는 하향의 상단 중앙 부분과, 상기 캐비티의 바닥을 향해 수직으로 수축. 동시에, 그것의 세로 중앙선을 향해 수평으로 수축. 복합체의 수축은 주변의 복원 교두 처짐 및 높은 인장 변형의 결과로, "치아 복원"계면 근방에서 재료를 연신. 공동 벽 또는 바닥에 가까운 재료는 주로 인터페이스에 수직 인 방향으로 직접 변종을했다. 이 직접 변형 성분의 합산 복원 주변의 비교적 균일 한 분포를 보여 주며 그것의 크기는 재료의 체적 수축률 균주 대략 같게.
Introduction
수지 복합 재료 널리 때문에 자신의 뛰어난 미적 감각과 핸들링 특성의 원기를 회복시키는 치과에서 사용된다. 그러나, 치아 조직에 결합에도 불구하고, 수지 복합 재료의 중합 수축이 개발 수축 응력이 치아 복원 인터페이스 1 -2에 결합 해제의 원인이 될 수 임상 우려 남아있다. 결과적으로, 세균이 침입하고있는 실패한 영역과 이차 우식이 발생할 수 있습니다. 복원이 아니라 톱니에 결합되는 경우 한편, 수축 응력은 치아 조직에 균열이 발생할 수 있습니다. 이들 장애 중 하나는 열적 및 기계적 하중의 많은 수의 사이클을 실시한다 치과 보철물의 수명을 위태롭게 할 것이다.
중합 수축의 긴장과 스트레스를 측정하여 치과 수지 복합 재료 3-4의 개발과 평가에 필수가되었다 5-11 개발되었다. 그들이 제공하는 측정은 서로 다른 재료의 수축 동작을 비교하기위한 충분한 수 있지만, 그들은 수축 응력이 실제 복원 치아의 개발 방법과 위치에 대한 이해에 도움이되지 않습니다. 특히, 관심의 문제는 공동의 벽이 치과 보철물 12 수축 응력의 생성에 복합 재료와 리드의 수축을 제한하는 방법입니다. 수축 응력, 수지 복합체의 수축 변형의 일부를 생성하기 위하여, 다음을주지 인장 탄성 변형으로 변환 할 수있다. 복원의 변형이 구성 요소를 측정 할 수있는 경우에 따라서 유용 할 것이다. 최근, 광학적으로 전체 필드 스트레인 측정 기술, 디지털 이미지 상관 (DIC)은 무료 shrinka의 둘레에 적용된치과 보철물 13-15에서 수지 복합 재료의 GE뿐만 아니라, 재료 흐름. DIC의 기본적인 아이디어는 그 표면 변위 및 변형 필드 결정할 수있다 그 변형 중에 찍은 화상 군에서의 샘플 표면에 가시적 패턴을 추적하고 상관한다. 풀 필드 둘레 불균일 변형 및 변형 패턴 (13)을 관찰에 특히 유용 DIC 방법의 주요 이점 중 하나이다. 본 연구에서는, DIC는 수축 응력의 개발을 이해하고 탈 결합 가능성 사이트를 식별하기위한 목적으로, 치과 수지 복합 보철물에 변형 패턴을 발견하는 데 사용되었다. 이 정보는 때문에 중합 수축에 복원의 변위를 측정 14 ~ 15 위의 인용 된 작품에서 직접 사용할 수 없습니다. 측정은 복제에 대한 시도로 근심-교합-말단 (MOD) 치아 충치와 치아를 시뮬레이션 모델을 이용하여 실시 하였다실제 치과 보철물의 스트레스 나 긴장을 테. 실제 치아의 사용은 더 해부학 대표적이지만, 그 단점은 결과에 큰 변화가 발생할 해부학, 기계적 특성, 수화의 정도뿐만 아니라 보이지 않는 내부 결함 (14)의 이빨들 상당한 내재 차이이다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 일부 연구는 구강 크기 (16)의 측면에서 그룹화 또는 대리 재료 (17)의 모델을 모두 치아를 대체하여 치아 샘플을 표준화하기 위해 노력했다. 예를 들어, (각각 69 및 83 GPa로)을 에나멜 유사 영률이 알루미늄 모델 교두 편향 (17)에 의해 지시되는 수축 응력의 수준, 수축 응력의 측정에 사용되었다. 소재는 또한 투명성 같이, 유사한 영률 (63 GPA)을 인간의 에나멜에 마련되어 있기 때문에 본 연구에서는, 실리카 유리 모델 (충치)이 대신 사용했다천만에, 표본의 모든 결합 해제 또는 균열은 쉽게 관찰 할 수있다.
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Protocol
참고 : 재료 목록에 나열된, Z100, Z250 및 LS를 : 3 개의 치과 수지 복합 재료는 유리 구멍을 이용하여 연구 하였다. 그 중, LS는 Z250 및 Z100 (~ 각각 2 %와 ~ 2.5 %) 18 ~ 19보다 훨씬 낮은 약 1.0 %의 부피 수축과 낮은 수축 수지 복합,로 알려져있다. 장비 및 본 연구에서 사용 된 다른 재료는 재료 목록에 나와 있습니다.
1. 모델 구멍 준비
- 저속 다이아몬드 톱을 사용하여 10 mm 길이의 짧은 막대에 긴 원통형 유리 막대, 직경 10 ㎜를 잘라.
- 근심-교합-원위부 (MOD) 공동 적응 저속 다이아몬드 톱을 사용하여 각 시편에 3mm (폭) × 2mm (깊이)를 측정한다 (그림 1) 절단.
- 도 1에 도시 된 바와 같은 치수와, 상기 캐비티의 길이에 수직 인 평면을 생성하기 위해 각각의 원통형 시편을 폴란드어. 평면은 FO 정밀한 허용cusing 및 복원에 대한 이미지 보정. 금후,이 관찰면이라고한다.
- 테스트 세 가지 물질 각각에 대한 3 개의 시료 준비 : Z100, Z250 및 LS를; 재료의 표를 참조하십시오.
2. 구멍은 수지 복합 필링
- 모든 유리 캐비티 표면 silanize하는 브러쉬 세라믹 프라이머의 얇은 층을 적용한다. 이것은 유리 표면 및 수지 복합체의 사이에 접착한다.
- 약 1 분 후, 접착제의 얇은 층을 적용한다. 복합 Z100과 Z250를위한 복합 LS와 Adper 단일 결합 플러스 LS 접착 시스템을 사용합니다.
- 치료 빛과 기간 제조 업체의 지침에 따라 (10 ~ 20 초) (자료 표)에 접착제를 치료.
- 도 2에 도시 된 바와 같이, 관찰면 이외 검은 테이프와 복원을 둘러싼 모든 유리 표면을 커버. 목적은 경화 광이 도달하지 않는 것입니다실제 치아에 발생하지 않습니다 주위의 투명 유리를 통해 합성 수지.
- 수지 복합으로 캐비티를 대량 채우고 모든 표면을 평평 초과를 다 쳤어요.
3. 표면 도장
- 이제 수지 복합체의 일부를 포함 관찰 표면에 백색 페인트의 박층 스프레이.
- 고 대비 얼룩을 만들기 위해 페인트에 즉시 일부 검은 미세 숯 가루를 뿌린다. 얼룩의 불규칙한 모양을 파악하고 그들의 움직임을 추적 할 수있는 DIC 소프트웨어를하는 데 도움이됩니다.
4. 샘플 장착, 치료 및 사진 촬영
- 도 2를 참조하면, 홀더 (C)에 시험편 (E)을 배치하고, 나사 (D)로 조인다. 이어서, 큰 수평 빔의 단부에 전체 단위를 배치.
- 그들이 observatio 대향되도록 동일 빔에 CCD 카메라와 노란색 조명 LED 빛을 확보N면.
- 프리 클램프 스탠드를 사용하여, 그 선단이 상기 시료 약 1mm가되도록 광중합 위치.
- 이전의 치료에 대한 참조 이미지를 제공하기 위해 시편의 사진을 촬영합니다.
- 20 초 동안 수지 복합 치료.
- 치료 후에 5 분에서 다른 사진을 찍습니다.
- 관측 표면과 같은 위치에 교정 블록을 배치하고 사진 촬영을합니다. 교정 블록의 크기는 정확하게 알려진 간격 원형 점의 배열이 포함되어 있습니다.
DIC 소프트웨어와 함께 5. 이미지 분석
- 각 샘플 전에 하나 DIC 소프트웨어로, 치료 후 하나 찍은 두 사진을 가져옵니다.
- 이미지의 사이즈를 측정하고 보정 블록의 화상을 이용하여 이미지 왜곡을 보정. .
- 분석을위한 관찰면에서 관심 영역을 정의합니다.
- 64 X 64 픽셀로 광장 집합 창문의 크기를 정의첫 번째 반복하고 두 번째 반복 20 32 × 32 픽셀. 50 %로 중첩을 정의합니다.
- 변위 및 응력 분포를 계산하기 위해 치료 전에 촬영 한 참조 이미지로 치료 후 촬영 이미지의 상관 관계.
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Representative Results
3 개의 시료는 각 물질에 대한 검사를했다. 필요한 경우, 각각의 시험 후, 시험편을 현미경을 사용하여, 눈으로 검사하거나 하였다. "치아 복원"인터페이스 또는 균열에 명백한 디 본딩은 발견되지 않았다.
이미지의 해상도는 5.8 mm의 픽셀 사이즈와 1600 X 1180 픽셀이었다. 32 픽셀의 서브 세트의 창 크기, 변위 분포의 공간 해상도는 약 186mm였다.
그림 3은 Z250로 만든 경화 복원의 변위 벡터의 전형적인 플롯을 보여줍니다. 다른 수지 복합 재료 시편 유사한 변위 플롯을 생산. 이는 수지 복합체는 캐비티의 바닥을 향해 수축과 복원 상단 중앙 부분이 가장 큰 변위를 하방으로 한 것으로 볼 수있다. 이러한 하향 변위가 점차 회복 내에서 깊이 감소. 동시에, 수지 복합 contracte수평 변위가 영 (0) 복원의 수직 중간 선을 향해 수평 거라고.
수평 변형의 줄거리, 그림 (a)에 나타낸 바와 같이, 두 개의 수직 "치아 복원"인터페이스를 따라 높은 인장 변형 농도를 보여줍니다. 마찬가지로, 수직 인장 스트레인 농도는도 4b의 하부 계면에서 볼 수있다. 복원 내에서 변형이 균일하지 않았다. 수직 수축 변형이 점진적으로 캐비티 (도 4b)의 깊이를 따라 증가하면서 높은 가로 수축 변형은 두 개의 수직 측벽에 인접뿐만 아니라 복원 (도 4a)의 상부에서 발견되었다. 두 개의 직접 변형 구성 요소가 여기에 평면 원수 변형 이름을 붙일 수있다, 합산 된 경우에는, 복구 내 수축 변형의 비교적 균일 한 분포를 볼 수 있습니다; 도 4c를 참조하십시오. 심ilarly, 비교적 균일 한 인장 변형 농도 밴드 복원을 둘러싼 알 수있다.
더 자세한 내용에 변형 농도를 평가하기 위해, 변위 및 변형 값이 복원의 중간 깊이에서 수평 라인을 따라 Z250 시편의 DIC 결과에서 추가로 추출, 그림 5에 도시 된 바와 같이. 반대로 대칭 파란색 곡선 쇼를 점선 각각 약 2 ㎜, 1mm의 최대 값과 최소값이, 왼쪽 및 오른쪽 교두의 편향을 나타낸있는 수평 변위. 양의 값은 우측으로 변위 및 음수 값을 좌측으로 변위를 나타낸다. 따라서, 왼쪽 끝은 왼쪽과 오른쪽 오른쪽 끝으로 이동. 복원에 짧은 거리에 뾰족 공동의 양쪽 계면에서 어긋남이 크게 증가가 있었다. 거리에서 더욱 증가로 변위의 크기는 급격히 감소하였고반대로 대칭의 평면 누워 공동의 제로 약 중간 폭을 기록했다. 빨간 실선은 동일한 수평 라인을 따라 수평 변형을 보여줍니다. 이것은 유리 표면의 대부분에 변형이 거의 제로라고 볼 수있다. 인터페이스의 최대 크기들과 변위에 대응하는 각각 왼쪽과 오른쪽에 약 1.7 %와 1.5 %의 값을 가진 두 개의 인장 변형 피크입니다. 복원 내에 약 0.5 %의 비교적 일정한 수축 변형은 볼 수있다.
도 6은 동일한 수평 라인을 따라 세 개의 수지 복합 재료의 평균 면내 전체 직접 변형을 나타낸다. LS는 약 2.5 %의 값과 가장 낮은 면내 전체 수축 2 % 정도의 값으로 Z250 다음 복원 약 1 %의 변형률 및 Z100 생산. 세 수지 복합 재료의 이러한 평면 전체 수축 변형은 부피 수축 긴장과 거의 동일했다 18 ~ 19. 세 시험 물질은 이러한 1 % 정도되고, 인터페이스에 유사한 인장 변형 농도를 보였다.
도 1. MOD 캐비티와 관찰면과 유리 모델의 치수.
A) CCD 카메라, B) 노란색 LED 조명의 빛, C) 시편 홀더, D) 나사를 체결하고, E) 유리 공동 시험편 :. 구성된 수축 변형 측정을 위해 그림 2 장치.
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그림 3. Z250 복합 가득 전형적인 시편의 변위 벡터. 파선은 공동의 경계를 나타낸다.
그림 4 관측 표면이 "치아 복원"인터페이스를 따라 복원 및 인장 변형 농도의 수축 변형 표시에 분포 응력 :.) 수평 변형 (Exx를), B), 수직 변형률 (Eyy), 및 C)를 면내 총 직접 변형 (Exx를 + Eyy). 점선은 공간의 경계를 나타냅니다. 바이올렛하려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 확대 EW.
그림 5. Z250 표본에서 얻은 공동의 중간 깊이에서 수평 라인을 따라 수평 변위와 변형. 음영 영역은 공동의 위치를 나타낸다.
그림 6. 중간 구멍 깊이에서 수평 라인을 따라 세 가지 테스트 복합 재료에 대한 면내 원수 변형.
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Discussion
수축 변형 측정을위한 동일한 형상 및 치수와 유리의 공동 사용으로 인해 크기, 해부학과 자연 인간의 이빨의 재료 특성의 차이에 따라 결과의 편차를 최소화하는 것이 었습니다. 또한, 본 연구에 사용 된 용융 실리카 유리는 지금까지 기계적 거동 21-22 관한 한 자연 치아에 적합한 침출 물질 만드는 에나멜 유사 영률을 갖는다. 실제 치아 보철물에, 수지 복합체는 대부분 오히려 법랑질 상아질에 결합하고,이 치아 조직 사이의 강성 차이가 있지만, 부드러운 치아 모델과 얻어진 변형률 분포의 관점에서 매우 상이 할 것으로 예상되지 않는다 값이 다를 수있다하더라도 그 패턴. 세라믹 프라이머의 응용 및 적절한 접착제, 수지 복합체 및 유리 캐비티 벽 사이의 강한 결합이 수축 응력이 완전히 시험편에서 발전 할 수 있도록 보장했다복원의 결합 해제하지 않고 남자. 크랙이 주로 큰 캐비티가 사용되고 있었다 Z100, 가득 일부 유리 표본에서 발견 되었기 때문에 사실, 유리와 수지 복합체 간의 결합 강도는 유리의 파괴 강도보다 높은 것으로 추정되었다. 같은 관측은 다른 수사관 (12)에 의해 만들어진했다.
수지 복합체의 표면에 분무 페인트의 박층은 잠재적 때문에 한정된 강성의 재료의 흐름 및 수축을 방해 할 수있다. 따라서 특별한주의에 도장 수지 복합 표면을 피하기 위해 이동했다. 페인트는 오히려 울퉁불퉁, 얼룩보다, 분산 형성 안개가 시편 표면에 얇게 떨어질 수 있도록 위의 거리에서 가볍게 분무 하였다. 나중에 뿌려 된 미세 숯 분말은 수지 복합의 움직임을 방해하지 않을했다 느슨한 입자로 구성되어있다.
관찰 표면에 얼룩의 크기는 서브 화면의 크기와 함께, DIC 결과의 정확성에 중요하다. 일부 연구는 상관 오차가 23 낮도록 스페 클 크기가 몇 픽셀되어야한다고 결론 지었다. 본 연구에서는 5.8 μM의 이미지 해상도, 반점의 크기는 따라서 ~ 30 μm의이어야한다. 전술 한 바와 같이 이는, 백색 페인트 및 미세 탄소 분말의 얇은 층으로 이루어졌다. 이 연구에서 적절한 서브 윈도우 크기의 선택은 참조 23-24에 따라 제조하고, 몇몇 실험은 32 X 32 픽셀의 크기를 선택하기 전에 수행했다. 큰 집합 창은 따라서 효과적으로 과정 (23, 25)의 불확실성을 줄이고, 이미지 사이의 일치에 대한 더 많은 패턴을 포함하기 때문에 임의의 오류를 줄일 수 있습니다. 그러나, 더 큰 서브 세트의 창을 사용하는 비용은 내의 미세한 세부 사항의 손실m. 따라서, 한 상관 오차가 허용되는 한, 작은 윈도우 사이즈는 항상 변위 / 변형지도 매우 불균일하며 로컬 변형이 흥미 롭다 때 특히 바람직하다. 최적의 서브 윈도우 크기의 선택은 일반적으로 경험에 의해 또는 시행 착오를 통해 결정된다. 소프트웨어 데이비스 7.2 있도록 더 큰 서브 세트의 창 크기가 제 거친하지만 덜 시끄러운 변위 필드를 얻기 위해 사용될 수 있고 다음 감소 된 서브 세트의 창 크기를주기 위하여 이용 될 수 있음을 의미 하나의 상관 관계에 대한 최대 두 심문 사용 더 자세한하지만 잡음이 변위 필드.
수지 복합에서 측정 된 변형은 탄성 변형, 크리프 변형 및 수축 변형을 포함 그물 긴장했다합니다. 따라서 경화 치과 복원 및 변형 패턴 강하게 캐비티 벽에서 제약뿐만 아니라의 수축 및 흐름에 의존복합 수지. 한편, 주위의 유리는 탄성 변형. 제로에 가까운 유리 균주는 높은 탄성 계수에 의한했다. 참고 또한 변형 변위의 변화의 기울기 나 속도입니다. 때문에 제약 조건, 인터페이스 근처의 소재는, 따라서, 높은 변종이 급속하게 변화하는 변위의 결과로, 매우 제한된 움직임을했고. 반면, 대형 재료 변위 복원의 상부 자유 표면에서, 그러나 때문에 낮은 변위 구배의 매우 낮은 균주가 발생했습니다. 변위 구배 제약의 방향을 다음과 같이 변형의 방향은 또한 제약이 따른다. 제약이 수직 방향으로 주로했기 때문에,도 4b에 도시 된 바와 같이 예를 들어, 공동 바닥 부근 균주는 수평 방향보다 수직 방향으로 더되었습니다. 한편, 상기 측벽 부근 균주 수평 디 더되었습니다수직 방향보다 커 렉션, 그림 (a)에 도시 된 바와 같이. 그림 6 세 가지 시험 자료에 대한 복원의 평면 원수 변종이 의미하는 닫고 부피 수축 변형에 있다고 보여줍니다 면외 수축 변형은 거의 영 (0) 및 탄성 변형은 매우 작았 다. 예상했던대로, LS는 Z250 및 Z100 다음 다음에 가장 낮은 평면 전체 수축 변형, (재료 표 참조) 생산.
인장 변형률은 명확하게 "치아 복원"인터페이스를 함께 볼 수 있었다. 그 이유는 수지 조성물의 수축이 떨어져 캐비티 벽과 바닥에서 물질을 끌어 경향이었다. 재료가 제한 되었기 때문에, 그것은 인장 변형의 결과로, 연신 끝났다. 그러나, 계산 된 인장 변형의 크기로 인해 랩에서 균주의 유도에서 수치의 오차로 정확하지 않을멍하니 변위 필드를 변경. 영상의 상관 관계 분석에서, 오직 하나의 변위 벡터는 각각의 서브 윈도우에서 얻을 수 있었다. 따라서, 두 개의 인접한 하위 창에서 변위는 변위 곡선에 큰 점프로 나타날 수 있습니다. 변형이 변위의 분화로부터 얻은 경우 이러한 큰 변위 점프는 비현실적으로 높은 변형 값 상승을 줄 수 있습니다. 또한, 변형률 분포 때문에 탄성 소재 불일치 인터페이스 전반에 걸쳐 연속적 일 것으로 예상된다. 이것은 또한 인터페이스에서의 변위의 기울기의 급격한 변화로 예상된다. 인터페이스에서의 서브 세트는 유리와 수지 복합체를 모두 포함 그러나, 상기 계산 된 변위 및 균주가 두 영역 사이의 값을 평균하고, 따라서 매끄럽게 등장 하였다. 이웃 이산 샘플링 포인트에서 값 사이의 선형 보간은 명백한 연속성을했다. 높은 해상도의 이미지는 requi 될 것입니다스트레인 측정의 정확도를 개선하기 위해 붉은 색.
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Disclosures
저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.
Acknowledgments
이 연구는 생체 재료 및 생체 역학에 대한 미네소타 치과 연구 센터 (MDRCBB)에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dental composite Z100 | 3M ESPE | N362979 | volume shrinkage ~ 2.5%, Young's modulus ~ 14 GPa |
| Dental composite Z250 | 3M ESPE | N326080 | volume shrinkage ~ 2.0%, Young's modulus ~ 11 GPa |
| Dental composite LS | 3M ESPE | N240313 | volume shrinkage ~ 1%, Young's modulus ~ 10 GPa |
| Ceramic Primer | 3M ESPE | N167818 | Rely X |
| LS System Adhesive | 3M ESPE | N391675 | Adhesive for compoiste LS |
| Adper Single Bond Plus | 3M ESPE | 501757 | Adhesive for compoiste Z100 and Z250 |
| Glass rod | Corning Inc. | Pyrex 7740 borosilicate | |
| Curing light | 3M ESPE | Elipar S10 | |
| White paint | Krylon Product Group | Indoor/Outdoor, Flat white | |
| Charcoal powder | Sigma Aldrich, Co. | BCBH6518V | Fluka activated charcoal |
| CCD camera | Point Grey Research, Inc. | Point Grey Gras-20S4C-C |
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