Summary
Per capire lo sviluppo territoriale dello stress da polimerizzazione nei restauri resina composita dentale, Digital Image Correlation è stato utilizzato per fornire a tutto campo la misura dello spostamento / deformazione del modello cavità vetro restaurate correlando le immagini del restauro prese prima e dopo la polimerizzazione.
Abstract
Polimerizzazione delle resine composite dentali può portare alla delaminazione ripristino o tessuti dente rotto nei denti compositi restaurato. Per capire dove e come tensione e stress da contrazione sviluppare in tali denti restaurati, Digital Image Correlation (DIC) è stato utilizzato per fornire una visione completa delle distribuzioni di spostamento e deformazione all'interno restauri del modello che avevano subito polimerizzazione.
I campioni con modello cavità erano fatte di canne di vetro cilindriche sia con diametro e la lunghezza è di 10 mm. Le dimensioni della cavità mesio-occlusale-distale (MOD) preparato in ciascun campione misurato 3 mm e 2 mm di larghezza e profondità rispettivamente. Dopo aver riempito la cavità con resina composita, la superficie sotto osservazione è stato spruzzato con un primo strato sottile di vernice bianca e allora bene carbone polvere nera per creare macchiettature alto contrasto. Foto di quella superficie sono state poi prese prima cura e 5 minuti dopo. FiNally, le due immagini sono stati correlati utilizzando il software DIC per calcolare le distribuzioni di spostamento e deformazione.
La resina composita ridotta orizzontalmente verso il fondo della cavità, con la parte centrale superiore del restauro avente il più grande spostamento verso il basso. Allo stesso tempo, si restringe orizzontalmente verso la linea mediana verticale. Contrazione del composito allungato il materiale nelle vicinanze dell'interfaccia "dente-restauro", con conseguente deviazioni cuspidali e ceppi ad alta resistenza di tutto il restauro. Materiale vicino alle pareti della cavità o piano aveva ceppi diretti soprattutto nelle direzioni perpendicolari alle interfacce. Sommatoria dei due componenti scalo deformazione mostrato una distribuzione relativamente uniforme intorno il restauro e la sua grandezza pari a circa al ceppo ritiro volumetrico del materiale.
Introduction
Resine composite sono ampiamente utilizzati in odontoiatria restaurativa a causa della loro estetica superiore e maneggevolezza. Tuttavia, nonostante sia legato ai tessuti dentali, la contrazione da polimerizzazione di compositi di resina rimane un problema clinico come stress da contrazione sviluppato può causare delaminazione all'interfaccia dente-restauro 1 -2. Di conseguenza, i batteri possono invadere e risiedere in zone fallito e provocare carie secondarie. D'altra parte, se il restauro è ben legata al dente, lo stress restringimento può provocare screpolature nei tessuti dentali. Uno di questi fallimenti comprometterà la durata della restaurazione dentale, che sarà sottoposto ad un elevato numero di cicli di carico termico e meccanico.
Misurazione di tensione da polimerizzazione e lo stress è diventato così indispensabile per lo sviluppo e la valutazione delle resine composite dentali 3-4 5-11 con lo scopo principale di fornire una configurazione semplice per misurare il comportamento di ritiro dei materiali compositi di resina affidabile. Mentre le misurazioni che forniscono possono essere sufficienti per confrontare i comportamenti di ritiro di materiali diversi, non aiutano nella comprensione di come e dove stress da contrazione sviluppa in denti restaurati reali. In particolare, una questione di grande interesse è come le pareti della cavità limitano la contrazione dei compositi e porta alla creazione di stress da contrazione nei restauri dentali 12. Si noti che, per creare stress da contrazione, parte del ceppo contrazione del composito resina deve essere convertito in deformazione elastica a trazione. Sarebbe pertanto utile se questa componente del ceppo nel restauro può essere misurata. Recentemente, l'intero campo di deformazione misurazione tecnica ottica, Digital Image Correlation (DIC), è stato applicato alla misurazione di shrinka liberoge di materiali compositi di resina, così come il flusso dei materiali in protesi dentali 13-15. L'idea di base di DIC è seguire e correlare modelli visibili sulla superficie del campione da immagini sequenziali prelevati durante la sua deformazione per cui lo spostamento e campi di deformazione su quella superficie possono essere determinati. Misura tutto campo è uno dei principali vantaggi del metodo DIC, che è particolarmente utile in osservazione deformazione non uniforme e modelli di deformazione 13. In questo studio, DIC stato usato per scoprire i modelli di deformazione in restauri resina composita dentale, allo scopo di comprendere lo sviluppo di stress da contrazione e identificare siti potenziali per delaminazione. Questa informazione non è direttamente disponibile nelle opere citate sopra 14-15, che misura solo lo spostamento del restauro causa di polimerizzazione. La misurazione è stata condotta utilizzando modelli che hanno simulato denti con mesio-occlusale-distale (MOD) cavità dente come un tentativo di replicaTe lo stress o tensione nella protesi reali. Sebbene l'uso di denti reale è più anatomicamente rappresentante, lo svantaggio di questo è le significative differenze intrinseche tra i denti di anatomia, proprietà meccaniche, grado di idratazione e difetti interni invisibili 14 che portano a grandi variazioni nei risultati. Per superare tale inconveniente, alcuni studi hanno cercato di standardizzare campioni denti, raggruppandoli in termini di dimensioni buccale 16 o sostituito i denti tutto con modelli di un materiale surrogato 17. Ad esempio, i modelli di alluminio aventi un modulo di Young simile allo smalto (69 e 83 GPa, rispettivamente) sono stati impiegati nella misurazione stress da contrazione, con il livello di stress da contrazione è indicata dalla cuspide deflessione 17. In questo studio, modelli di vetro di silice (cavità) sono stati utilizzati, invece, perché il materiale ha un modulo di Young simile (63 GPa) di smalto umano e, come è trasparenteent, ogni delaminazione o incrinatura dei campioni possono essere facilmente osservati.
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Protocol
Nota: Tre resine composite dentali sono state studiate utilizzando le cavità di vetro: Z100, Z250 e LS, elencati nella Lista dei materiali. Tra questi, LS è noto per essere un composito di resina a basso restringimento con una contrazione volumetrica di circa 1,0%, molto inferiori a quelli di Z250 e Z100 (~ 2% e ~ 2,5%, rispettivamente) 18-19. Le attrezzature e altri materiali utilizzati in questo studio sono anche indicati in Materials List.
1. Modello Preparazione della cavità
- Tagliare una bacchetta di vetro cilindrico lungo 10 mm di diametro, in 10 mm barre corte lunghe utilizzando un disco diamantato a bassa velocità.
- Tagliare un (MOD) cavità occlusale-distale mesiale (Figura 1) da 3 mm (larghezza) x 2 mm (profondità) in ciascun campione utilizzando un disco diamantato a bassa velocità adeguata.
- Lucidare giù ogni campione cilindriche per creare una superficie piana perpendicolare alla lunghezza della cavità, con dimensioni come mostrato in Figura 1. La superficie piatta consente preciso foCUtilizzando e calibrazione delle immagini sul restauro. D'ora in poi, si chiamerà la superficie di osservazione.
- Preparare tre campioni per ciascuno dei tre materiali testati: Z100, Z250 e LS; vedi tabella materiali.
2. Cavità di riempimento con resina composita
- Applicare un sottile strato di ceramica Primer con una spazzola a silanizzata tutte le superfici della cavità di vetro. Questo permette l'incollaggio tra le superfici di vetro e le resine composite.
- Dopo circa 1 min, applicare uno strato sottile di adesivo. Usare il sistema LS LS adesivo per compositi e Adper Single Bond Plus per composito Z100 e Z250.
- Curare l'adesivo con un leggero indurimento e la durata (10-20 sec) in base alle istruzioni del produttore (tabella Materials).
- Coprire tutte le superfici vetrate circondano il restauro con nastro nero tranne la superficie di osservazione, come mostrato nella Figura 2. Lo scopo è quello di evitare la fotopolimerizzazione raggiungere laresina composita attraverso il vetro trasparente circostante, cosa che non accade in denti veri.
- Bulk-riempire la cavità con resina composita e raschiare la parte in eccesso per appiattire tutte le superfici.
3. Painting Surface
- Spruzzare un sottile strato di vernice bianca sulla superficie di osservazione, che ora comprende parte della resina composita.
- Cospargere subito qualche nero polvere fine di carbone sulla vernice per creare macchioline ad alto contrasto. Le forme irregolari delle macchioline aiuterà il software DIC di identificarli e di seguire i loro movimenti.
4. Montaggio Campione, polimerizzazione, e fotografia
- Facendo riferimento alla Figura 2, posizionare un campione (E) nel supporto (C) e serrarlo con una vite (D). Quindi, posizionare il tutto al fine di una grande trave orizzontale.
- Fissare una camera CCD e una luce LED giallo illuminazione sullo stesso fascio tale che si trovano ad affrontare la observatiosuperficie n.
- Utilizzo di un supporto con morsetti regolabili, posizionare la luce polimerizzazione tale che la sua punta è di circa 1 mm sopra il campione.
- Scatta una foto del campione per fornire l'immagine di riferimento prima di curare.
- Curare la resina composita per 20 sec.
- Scattare un'altra foto a 5 min dopo l'indurimento.
- Posizionare un blocco di calibrazione nella stessa posizione come la superficie di osservazione e scattare una foto. Il blocco di calibrazione contiene una serie di punti circolari con le dimensioni e la spaziatura nota con precisione.
5. Image Analysis con CID Software
- Importare le due foto scattate per ogni campione, uno prima e uno dopo l'indurimento, nel software DIC.
- Calibrare le dimensioni delle immagini e correggere la distorsione dell'immagine utilizzando l'immagine del blocco di calibrazione. .
- Definire l'area di interesse all'interno della superficie di osservazione per l'analisi.
- Definire la dimensione delle finestre sottoinsieme quadrati come 64 x 64 pixel per laprima iterazione e 32 x 32 pixel per la seconda iterazione 20. Definire la sovrapposizione al 50%.
- Correlare l'immagine scattata dopo il trattamento l'immagine di riferimento preso prima di curare per calcolare le distribuzioni di spostamento e deformazione con.
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Representative Results
Tre campioni sono stati saggiati per ciascun materiale. Dopo ogni test, il campione è stato esaminato da occhi o, se necessario, utilizzando un microscopio. È stata trovata alcuna apparente delaminazione all'interfaccia "dente-restauro" o di cracking.
La risoluzione delle immagini era 1.600 x 1.180 pixel con una dimensione di pixel di 5,8 mm. Con una dimensione di finestra sottoinsieme di 32 pixel, la risoluzione spaziale delle distribuzioni di spostamento era circa 186 mm.
La Figura 3 mostra un grafico tipico dei vettori di spostamento di un restauro conservazione preparata con Z250. I campioni con gli altri compositi di resina prodotte trame analoga cilindrata. Si può vedere che la resina composita restringe verso il fondo della cavità e la porzione centrale superiore del restauro avuto il più grande spostamento verso il basso. Tale spostamento verso il basso gradualmente ridotta con la profondità nel restauro. Allo stesso tempo, la resina composita contracted orizzontalmente verso la linea mediana verticale della ristorazione in cui lo spostamento orizzontale era zero.
La trama di deformazione orizzontale, 4A, mostra le concentrazioni di deformazione ad alta resistenza lungo i due interfacce verticali "dente-restauro". Analogamente, una concentrazione di sforzo a trazione verticale può essere visto nella interfaccia inferiore nella Figura 4B. All'interno del restauro, il ceppo non è stato uniforme. Higher ceppo contrazione orizzontale stata trovata adiacente alle due pareti laterali verticali e nella parte superiore del restauro (Figura 4A), mentre ceppo contrazione verticale aumentata gradualmente lungo la profondità della cavità (Figura 4B). Tuttavia, quando i due componenti scalo deformazione sono stati sommati, denominato ceppo diretta nel piano totale qui, una distribuzione relativamente uniforme della deformazione contrazione nel restauro può essere visto; vedi Figura 4C. Similarly, una banda di concentrazione sforzo a trazione relativamente uniforme può essere visto circonda il restauro.
Per valutare la concentrazione ceppo in maggiori dettagli, valori di spostamento e di deformazione sono stati estratti ulteriormente dai risultati DIC di un Z250 campione lungo una linea orizzontale a metà profondità del restauro, come illustrato nella Figura 5. L'blu antisimmetrica curva tratteggiata mostra lo spostamento orizzontale, di cui i valori massimo e minimo di circa 2 mm e 1 mm rispettivamente rappresentate le deformazioni della cuspidi sinistro e destro. I valori positivi rappresentati spostamenti verso destra e valori negativi spostamenti verso sinistra. Così, la cuspide sinistra spostata verso destra e la cuspide destra a sinistra. C'è stato un forte aumento di cilindrata alle interfacce su entrambi i lati della cavità, che ha raggiunto la breve distanza nel restauro. Con un ulteriore aumento della distanza, l'entità degli spostamenti diminuito bruscamente eraggiunto lo zero a circa metà larghezza della cavità, dove il piano di anti-simmetria trovava. La curva solido rosso mostra la deformazione orizzontale lungo la stessa linea orizzontale. Si può vedere che il ceppo sulla maggior parte della superficie di vetro era quasi zero. Corrispondenti agli spostamenti con grandezze picco alle interfacce sono due picchi di sforzo a trazione, con valori di circa 1,7% e 1,5% a sinistra ea destra, rispettivamente. All'interno del restauro, un ceppo di contrazione relativamente costante di circa 0,5% può essere visto.
La Figura 6 mostra la media deformazione totale diretto nel piano delle tre resine composite lungo la stessa linea orizzontale. LS prodotto la minima deformazione nel piano totale contrazione di circa 1% nel restauro, seguita da Z250 con un valore di circa il 2% e poi Z100 con un valore di circa 2,5%. Questi ceppi totale dei tre compositi di resina nel piano di contrazione erano all'incirca uguali ai loro ceppi contrazione volumetrica 18-19. I tre materiali testati hanno mostrato simili concentrazioni di sforzo di trazione alle interfacce, essendo questi circa l'1%.
Figura 1. Dimensioni del modello di vetro con una cavità MOD e la superficie di osservazione.
. Figura 2 Apparecchiatura per la misurazione della deformazione ritiro composto da: A) Supporto telecamera CCD, B) illuminazione luce LED giallo, C) del campione, D) stringendo la vite, ed E) del campione cavità vetro.
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Figura 3. Vettori di spostamento di un tipico esemplare pieni di Z250 composito. Le linee tratteggiate indicano i confini della cavità.
Figura 4 Scolare le distribuzioni sulla superficie di osservazione mostra ceppo contrazione del restauro e della concentrazione sforzo a trazione lungo l'interfaccia "dente-restauro":. A) ceppo orizzontale (Exx), B) deformazione verticale (Eyy), e C) nel piano ceppo diretto totale (Exx + Eyy). Le linee tratteggiate indicano i confini della cavità. Cliccate qui a view una versione più grande di questa figura.
Figura 5. Spostamento orizzontale e la tensione lungo la linea orizzontale a metà profondità della cavità ottenuta da un campione Z250. L'area ombreggiata indica la posizione della cavità.
Figura 6. Ceppo diretta nel piano complessivo per i tre composti testati lungo la linea orizzontale alla profondità della cavità metà.
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Discussion
L'uso di cavità di vetro con la stessa forma e dimensioni per la misurazione della deformazione restringimento era di ridurre le variazioni dei risultati a causa di differenze di dimensioni, anatomia e proprietà del materiale di denti umani naturali. Inoltre, il vetro di silice fusa utilizzato in questo studio ha un modulo di Young simile allo smalto, rendendolo un materiale simulante adatto per denti naturali per quanto riguarda il comportamento meccanico 21-22. Sebbene in restauri dentali reali, la resina composita è principalmente legato alla dentina anziché smalto, e vi è una differenza di rigidità tra i due tessuti dentali, la distribuzione ceppo ottenuto con un dente modello più morbido non dovrebbe essere molto diverse in termini di suo modello, anche se i valori possono essere diversi. Con l'applicazione di un primer per ceramica e un adeguato adesivo, forte legame tra la resina composita e le pareti della cavità di vetro è stata assicurata, permettendo stress da contrazione di sviluppare pienamente alla speuomini senza delaminazione del restauro. Infatti, la forza di legame tra il vetro e resina composita credeva di essere superiore alla resistenza alla frattura del vetro perché crepe erano stati trovati in alcuni campioni di vetro, per lo più pieni di Z100, quando venivano utilizzati cavità più grandi. La stessa osservazione era stata fatta da altri ricercatori 12.
Il sottile strato di vernice spruzzata sulla superficie del composito di resina potrebbe potenzialmente ostacolare il flusso del materiale e restringimento a causa della sua rigidità finita. Pertanto, particolare attenzione è stata presa per evitare di dipingere la superficie del composito resina. La vernice è stata spruzzata delicatamente ad una distanza da sopra per consentire la nebbia cadere sottilmente sulla superficie del campione, formando disperso, piuttosto che grumose, macchiettature. La polvere fine di carbone che è stato poi spruzzato anche consisteva di particelle libere che erano difficilmente ostacolare il movimento della resina composita.
La dimensione delle macchiettature sulla superficie di osservazione, in combinazione con la dimensione della finestra sottoinsieme, è importante la precisione del risultato DIC. Alcuni studi hanno concluso che la dimensione macchiolina dovrebbe essere un paio di pixel in modo che l'errore di correlazione è bassa 23. In questo studio, con una risoluzione di 5,8 micron, la dimensione speckle dovrebbe pertanto essere ~ 30 micron. Questo è stato ottenuto con il sottile strato di vernice bianca e polvere di carbone fine, come descritto sopra. La selezione di una dimensione della finestra sottoinsieme appropriato in questo studio è stata effettuata secondo i riferimenti 23-24, e alcune prove era stato effettuato prima della selezione della dimensione di 32 x 32 pixel. Finestre sottoinsieme grandi aiutano a ridurre gli errori casuali perché contengono più modelli per la corrispondenza tra le immagini, così efficacemente riducendo le incertezze nel processo di 23,25. Tuttavia, il costo di utilizzo finestre sottoinsieme più grandi è la perdita dei dettagli più fini aim. Pertanto, fintantoché l'errore correlazione è accettabile, una piccola dimensione di finestra è sempre desiderato, in particolare quando la mappa di spostamento / ceppo è altamente non uniforme e la deformazione locale è di interesse. La selezione di una dimensione ottimale finestra sottoinsieme è generalmente determinata dalla esperienza o tramite prove ed errori. Il software Davis 7.2 consente di utilizzare fino a due interrogatori per un singolo correlazione, il che significa che una dimensione della finestra sottoinsieme più grande può essere utilizzato per ottenere un primo campo di spostamenti grezzo ma meno rumoroso e quindi una dimensione di finestra sottoinsieme ridotto può essere usato per dare un campo di spostamento più dettagliata ma più rumoroso.
Si noti che la deformazione misurato nel composito di resina era il ceppo netto, che comprendeva la deformazione elastica, da scorrimento e la tensione ritiro. Pertanto, il modello ceppo nel restauro dentale curato fortemente dipendeva dal vincolo dalle pareti della cavità e il ritiro e flusso delresina composita. D'altra parte, il vetro circostante deformata solo elasticamente. I ceppi di vetro vicino allo zero erano dovuti alla sua elevata modulo elastico. Si noti inoltre che il ceppo è il gradiente o il tasso di cambiamento di spostamento. A causa del vincolo, il materiale vicino alle interfacce aveva movimento molto limitato, con conseguente rapida evoluzione spostamenti e, quindi, elevate deformazioni lì. Al contrario, grandi spostamenti sostanziali siano avvenute nella superficie superiore libera della ristorazione, ma con bassissime tensioni a causa dei bassi gradienti di spostamento. Poiché il gradiente di spostamento segue la direzione del vincolo, la direzione del ceppo consegue anche che del vincolo. Ad esempio, i ceppi vicino al fondo della cavità erano più in direzione verticale che in direzione orizzontale, come mostrato in Figura 4B, perché il vincolo era principalmente nella direzione verticale. D'altra parte, i ceppi vicino alle pareti laterali erano più in orizzontale direzione che nella direzione verticale, come mostrato in Figura 4A. Figura 6 mostra che il totale ceppi diretti nella ristorazione per i tre materiali testati nel piano erano vicino a loro ceppi contrazione volumetrica, il che implica che la contrazione out-of-plane ceppo era quasi zero e la deformazione elastica era molto piccola. Come previsto, LS prodotto il più basso ceppo contrazione totale in piano, seguita da Z250 e Z100 (vedi tabella Materials).
Ceppi di trazione erano chiaramente visibili lungo le interfacce "dente-restauro". La ragione di questo è che il restringimento del composito di resina tende a tirare materiale lontano dalle pareti della cavità e pavimento. Poiché il materiale è stato vincolato, finì per essere allungato, con conseguente sforzo a trazione. Tuttavia, l'entità della deformazione a trazione calcolata non può essere corretta a causa di errori numerici nella derivazione di ceppi da un rappigramente cambiare campo di spostamento. Nell'analisi immagine correlazione, un solo vettore spostamento potrebbe essere ottenuta in ciascuna finestra sottoinsieme. Pertanto, lo spostamento attraverso due finestre sottoinsieme adiacenti potrebbe apparire come un grande salto nella curva di spostamento. Quando ceppo è stato ottenuto dalla differenziazione di spostamento, questi grandi salti spostamento potrebbe dar luogo a valori irrealisticamente alta deformazione. Inoltre, la distribuzione degli sforzi dovrebbe essere discontinua nelle interfacce a causa di una mancata corrispondenza proprietà elastiche. Questo è anche previsto dalla brusca variazione del gradiente dello spostamento alle interfacce. Tuttavia, poiché i sottoinsiemi alle interfacce incluse vetro e resina composita, gli spostamenti e deformazioni calcolate ci sono stati mediati valori tra le due regioni, e quindi sembravano essere liscia. Interpolazione lineare tra i valori a vicini punti di campionamento discreti ha dato la continuità apparente. Immagini ad alta risoluzione saranno requiRosso per migliorare l'accuratezza delle misure di deformazione.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Acknowledgments
Questo studio è stato sostenuto dal Minnesota Dental Centro di Ricerca per Biomateriali e Biomeccanica (MDRCBB).
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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