Method Article

Test meccanici quasistatici per la progettazione e la produzione assistita da computer di faccette occlusali cementate su materiale analogo alla dentina fresata

DOI:

10.3791/67511

⸱

December 20th, 2024

 ,  , 
1Center for Oral Bioengineering, Institute of Dentistry, Queen Mary University of London, 2School of Engineering and Materials Science, Queen Mary University of London

In This Article

Summary

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

È stato sviluppato un test quasi statico carico-frattura con una sfera in acciaio inossidabile non fissata per determinare la resistenza alla frattura di restauri minimamente invasivi posteriori assistiti da computer e restauri cementati su materiali analoghi alla dentina. Questo test modella il tipico regime di carico responsabile della frattura dei restauri dentali.

Abstract

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

Negli attuali regimi di trattamento minimamente invasivo, la preparazione di un dente minore e un restauro in ceramica biomimetica più sottile vengono utilizzati per preservare la vitalità, l'estetica e la funzione del dente restaurato. Sono ora disponibili nuovi materiali simili alla ceramica per la progettazione assistita da computer e la produzione assistita da computer (CAD/CAM). Per garantire la longevità, un dentista deve conoscere la resistenza meccanica di questi prodotti appena lanciati rispetto alla ceramica a matrice di vetro relativamente fragile. Inoltre, è stato promosso un sostituto dei denti per le indagini di laboratorio, soprattutto dopo la pandemia, ed è necessario un maggiore supporto probatorio per la sua applicazione.

Questo studio ha sviluppato un protocollo di laboratorio per un test monotono carico-frattura per determinare la resistenza alla frattura di faccette occlusali CAD/CAM di 1 mm di spessore. Gli stampi master sono stati fresati da un laminato in fibra di vetro ad alta pressione, che ha un modulo elastico e una forza di adesione simili a quelli della dentina idrata. Sono stati montati in cappucci terminali in cloruro di polivinile (PVC) con resina epossidica a indurimento a freddo. Le faccette occlusali, chiamate anche restauri da tavolo, sono state fresate da disilicato di litio (LD) e blocchi di resina nanoceramica (RNC) e cementate su monconi master preparati utilizzando cemento resinoso adesivo a doppia polimerizzazione. Sono stati lasciati stagionare completamente conservandoli in acqua distillata per 48 ore a 37 °C.

Tutti i campioni sono stati quindi inseriti in una macchina di prova universale e caricati tramite una sfera in acciaio inossidabile da 5,5 mm non fissa che consente il movimento laterale come si verificherebbe contro i denti antagonisti. La compressione è stata applicata a una velocità di 1 mm/min ed è stato generato il grafico carico-spostamento. La capacità di carico massima media dei restauri nel gruppo RNC (3.212,80 ± 558,67 N) era significativamente più alta rispetto al gruppo LD (2727,10 ± 472,41 N) (p < 0,05). Durante il test non è stato riscontrato alcun distacco. Entrambi i materiali CAD/CAM possono avere una distribuzione dei difetti simile. La fessura del cono hertziano è stata trovata nel sito di carico, mentre le cricche radiali che si propagano dalla superficie di cementazione sono state trovate vicino al margine in entrambi i gruppi.

Introduction

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

I restauri privi di metallo sono ora molto preferiti nella dentatura anteriore e posteriore grazie alle loro eccellenti caratteristiche ottiche e alla biocompatibilità1. Tuttavia, il principale svantaggio di tali materiali è la loro suscettibilità alla frattura2. La maggior parte delle ceramiche è vulnerabile alle crepe generate dalle sollecitazioni di trazione, anche in condizioni di bassa deformazione3. Le fratture delle protesi dentali in ceramica di solito si sviluppano a causa della lenta crescita radiale delle cricche dovuta all'esposizione a lungo termine alle sollecitazioni di trazione generate durante la masticazione4. Le loro debolezze si aggravano con difetti o difetti intrinseci all'interno dei materiali e difetti estrinseci dovuti alla fabbricazione e alla post-elaborazione5. La resistenza alla flessione, la capacità di resistere alle sollecitazioni di trazione, dei materiali CAD/CAM dentali può essere ottenuta e confrontata attraverso test standard come test di flessione uniassiale (flessione a 3 o 4 punti) e biassiale (sfera su anello, anello su anello e pistone su tre sfere). Nel frattempo, la tenacità alla frattura, la capacità di un materiale di resistere alla crescita di cricche, può essere derivata da una trave ad intaglio a un solo tagliente e da un test di indentazione. Tuttavia, questi test non possono prevedere e rappresentare completamente il comportamento delle protesi cementate con diverse configurazioni anatomiche6. Sono stati introdotti altri test meccanici monotoni o dinamici per giustificare le loro prestazioni con vari aspetti clinici 7,8.

Un test di carico per frattura o "scricchiolio della corona" è stato ampiamente utilizzato in odontoiatria per studiare e confrontare la resistenza dei restauri in ceramica con geometrie complesse 9,10. La compressione monoassiale monotona viene esercitata quasi staticamente sui restauri in direzione verticale o laterale fino a quando non si verifica una frattura catastrofica. La resistenza alla frattura del materiale può essere determinata dalla forza di carico massima, mentre le modalità di frattura, compreso il sito e la direzione della/e cricca/e, possono essere esaminate al microscopio. Un buon restauro dovrebbe essere in grado di resistere sia allo stress compressivo che a quello di trazione derivanti dalla massima forza di morso volontaria, la più alta forza masticatoria generata dai muscoli elevatori della mascella sotto l'influenza della biomeccanica cranio-mandibolare e della via riflessa11,12, che potrebbe essere fino a 900 N nei denti posteriori3. Inoltre, il bruxismo può aumentare involontariamente la forza a 1.200 N nella stessa regione13. Oltre alle proprietà del materiale (ad esempio, modulo elastico), le geometrie, gli spessori, il cemento adesivo e la distribuzione dei difetti influenzano la resistenza di qualsiasi protesi14. Tuttavia, sono state sollevate argomentazioni sulla rilevanza clinica di tali test a causa delle forze elevate non cliniche e dei meccanismi di fallimento dissimili dalle situazioni cliniche 6,14. Un test di resistenza alla fatica che coinvolge l'analisi delle sollecitazioni e le condizioni intraorali può essere un approccio più realistico per prevedere la longevità dei restauri dentali7. Tuttavia, il carico alla frattura è ancora un test in vitro rapido, semplice e ripetibile per confrontare le resistenze dei nuovi materiali ceramici CAD/CAM lanciati sul mercato dove i dati del produttore potrebbero non essere affidabili 15,16,17. Il risultato può riflettere la tolleranza della protesi alle forze estreme derivanti da attività parafunzionali e situazioni cliniche impreviste come mordere semi duri o ghiaia, che causa anche il fallimento nelle protesi dentarie 18,19,20,21.

Con il loro crescente utilizzo per la riabilitazione dei denti posteriori, le prestazioni meccaniche delle faccette occlusali realizzate con materiali CAD/CAM fresati e stampati sono state studiate per vari aspetti, tra cui tipi di materiali, design protesici, design della preparazione dell'abutment dentale, spessori, trattamenti superficiali, incollaggio e sistema di cemento di fissaggio22,23. Tuttavia, i dati sono ancora limitati e i materiali di prova provengono da ceramica a matrice di vetro e materiali compositi CAD/CAM convenzionali. È ora disponibile un materiale ibrido alternativo, la resina nanoceramica. Afferma di incorporare la forza dei riempitivi nanoceramici e la resilienza della matrice di resina, che può essere adatta per restauri sottili e minimamente invasivi. Tuttavia, le sue prestazioni meccaniche, soprattutto nella regione molare, richiedono ulteriori prove a supporto delle implicazioni cliniche.

Fino ad ora, i ricercatori non avevano materiali in grado di sostituire i denti naturali nei test di laboratorio. Laminato in fibra di vetro ad alta pressione (National Electrical Manufacturers Association; Il grado NEMA G10) con il nome commerciale di Garolite è stato proposto come materiale analogo della dentina per i test meccanici della ceramica dentale dal 201014. Si tratta di un materiale composito termoindurente costituito da multistrati di fibra di vetro imbevuti di resina epossidica ad alta pressione. Può resistere a condizioni di stress elevato con proprietà elastiche, comportamento a fatica e forza di adesione simili a quelle della dentina idrata 14,24. Offre vantaggi rispetto ai denti naturali per quanto riguarda la preparazione dei campioni, la standardizzazione e l'autorizzazione etica, con un risparmio di tempo dovuto alla riduzione dei problemi di biosicurezza24. Il trattamento superficiale può essere eseguito mediante mordenzatura con acido fluoridrico al 5% o al 10% da 60 s a 90 s e applicando un agente accoppiante silano14,24. Tuttavia, gli studi sulle protesi cementate con questo materiale sono limitati e l'affidabilità delle prove esistenti è ancora discutibile24,25.

In questo studio, è stato sviluppato un protocollo di laboratorio per un test monotono carico-frattura di faccette occlusali di 1 mm di spessore cementate alle matrici master fresate da materiale analogo alla dentina contro una sfera in acciaio inossidabile non fissata. Le capacità portanti massime di due materiali CAD/CAM dentali: disilicato di litio (LD) - IPS e.max CAD e resina nanoceramica (RNC) - Lava Ultimate, con n = 15 per gruppo, sono state quantificate e confrontate statisticamente attraverso un t-test indipendente a due campioni e un'analisi statistica di Weibull. I modelli di frattura sono stati studiati anche sotto stereomicroscopia ottica e microscopia elettronica a scansione. L'ipotesi dello studio era che questo fosse un metodo appropriato per modellare il fallimento delle faccette occlusali nelle applicazioni cliniche. L'ipotesi statisticamente nulla era che non ci dovesse essere alcuna differenza nelle capacità portanti massime tra le faccette occlusali realizzate con i due materiali.

Protocol

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1. Fabbricazione di analoghi dentali

  1. Ridurre anatomicamente la superficie occlusale di un primo molare mandibolare di un tipodonte (con radice biforcata) di 1 mm e smussare il margine utilizzando frese diamantate grossolane e fini.
  2. Scansiona il tipodonte preparato con uno scanner da laboratorio odontotecnico.
  3. Aprire il file scansionato con OrthoAnalyzer nel software CAD. Nella finestra del toolkit Sculpt , fare clic sullo strumento Coltello per cera e impostarne il diametro e il livello rispettivamente a 2,6 mm e 63 μm. Tirare gradualmente ciascuna superficie radicolare l'una verso l'altra per unire le radici biforcate in un'unica radice per facilitare il processo di fresatura (Figura 1).
  4. Fresare gli stampi analogici dei denti da un laminato in fibra di vetro ad alta pressione (n = 30) (Garolite, National Electrical Manufacturers Association [NEMA] grado G10) utilizzando una fresatrice a cinque assi (Figura 2).

2. Montaggio

  1. Utilizzare qualsiasi software CAD appropriato (ad esempio, Autodesk Inventor Professional 2025) per progettare una maschera che si adatti alla sezione della radice del dente del modello e allo spazio all'interno dei cappucci terminali in PVC per garantire una posizione e un orientamento standardizzati del provino.
  2. Stampa una maschera per ogni tot di prova in PMMA o materiale a modulo simile utilizzando una stampante 3D.
  3. Combina le parti della radice e le matrici con il cappuccio terminale in PVC, in genere 25 mm di diametro interno, 21,5 mm di altezza e 5,5 mm di spessore della parete.
  4. Miscelare la resina epossidica a bassa viscosità a indurimento a freddo e versarla fino alla regione di giunzione dello smalto cementizio dei denti del modello. Fare attenzione a non contaminare la superficie occlusale dei denti del modello con la resina che scorre. Lasciare solidificare completamente a temperatura ambiente per almeno 24 ore (Figura 3).

3. Fabbricazione di faccette occlusali

  1. Importare il file scansionato dell'analogo del dente nel software CAD.
  2. In Direzioni, determinare la direzione di inserimento della faccetta occlusale.
  3. In Interfacce, selezionare Linea di margine e contrassegnare la linea di margine dell'analogo del dente scansionato. Quindi, seleziona Interfaccia stampo | Avanzare le impostazioni e regolare la distanza tra il cemento a 0,025 mm e la distanza extra tra il cemento a 0,050 mm.
  4. In Progettazione anatomica, progetta una faccetta occlusale di 1 mm di spessore utilizzando un modello dalla Libreria sorridi e regolala con gli strumenti in Sculpt.
  5. Fresare i blocchi di disilicato di litio (IPS e.max CAD) e di resina nanoceramica (Lava Ultimate) (n=15 per gruppo) utilizzando una fresatrice a cinque assi e seguendo le istruzioni del produttore (Figura 4).

4. Incollaggio e cementazione

  1. Pulire tutti gli stampi master per 90 s in una macchina a ultrasuoni e asciugare all'aria. Quindi, applicare acido fluoridrico al 5% sulla superficie occlusale per 60 s, risciacquare accuratamente con acqua e asciugare all'aria.
  2. Per il gruppo LD, mordenzare la superficie interna con acido fluoridrico al 5% per 20 s, risciacquare accuratamente con acqua e asciugare all'aria.
  3. Per il gruppo RNC, abradere in aria con polvere di ossido di alluminio granulometria 50 μm a 2 bar (200 kPa, 30 psi) per 10 s. Rimuovere la sabbia in eccesso con alcool e asciugare all'aria.
  4. Applicare il silano, un agente legante universale, e caricare il cemento adesivo a doppia polimerizzazione sull'intaglio del restauro. Posizionare il restauro sui monconi master preparati caricandoli sotto una testa di compressione riempita di silicone in una macchina di prova universale con un carico di 40 N.
  5. Polimerizzare con un diodo a emissione luminosa (LED) utilizzando un'intensità luminosa in modalità normale di 1.000-1.200 mW/cm2 per 1-2 s. Rimuovere il cemento in eccesso, continuare la lampada polimerizzante su ogni superficie per 20 s e lasciarla nella macchina di prova universale per 5 minuti.
  6. Togliere dalla macchina di prova universale e lasciare in acqua distillata a 37 °C per 48 ore per consentire al cemento di polimerizzare completamente.
  7. Prima del test, utilizzare pennarelli indelebili fini per disegnare tre linee di riferimento mediale-laterali (sinistra, centrale e destra) e tre linee di riferimento antero-posteriori (superiore, centrale e inferiore) in colori diversi utilizzando pennarelli indelebili fini.

5. Prove meccaniche quasistatiche

  1. Posizionare il campione di prova al centro della piastra inferiore di una macchina di prova meccanica con una cella di carico da 5 kN configurata per la prova di compressione.
  2. Posizionare una sfera in acciaio inossidabile di 5,5 mm di diametro nella fossa centrale del restauro all'intersezione delle linee di riferimento centrali (Figura 5).
  3. Posizionare un anello protettivo in acrilico attorno al campione e uno scudo antidetriti davanti alla macchina di prova per limitare i detriti volanti.
  4. Abbassare la traversa fino a quando non è quasi a contatto con la sfera d'acciaio e zero carico e spostamento.
  5. Applicare una compressione a 1 mm/min fino alla frattura del restauro, indicata da un improvviso calo del carico. Registrare questo carico (Figura 5).
  6. Dopo la frattura, rimuovere lo scudo e l'anello acrilico e raccogliere con cura il campione di prova e i suoi frammenti. Le linee colorate aiutano a posizionare i frammenti ceramici nelle loro posizioni originali per la successiva analisi (Figura 5).
  7. Posizionare il campione di prova successivo e seguire i passaggi 5.2-5.6 fino al completamento dei gruppi.

6. Analisi statistica

  1. Compilare i fogli di lavoro Minitab con i codici dei materiali e i valori massimi di carico (N) recuperati dall'esperimento rispettivamente nella prima e nella seconda colonna.
  2. Esegui un t-test indipendente per due campioni selezionando Stat | Statistiche di base | 2-campione t. Imposta il livello di confidenza al 95% e ipotizza scostamenti uguali.
  3. Creare il grafico di distribuzione di Weibull selezionando Statistiche | Affidabilità/Sopravvivenza | Analisi della distribuzione (Right Censoring) | Grafico ID distribuzione. Scegliere i valori di carico massimi nella casella Variabile , selezionare e scegliere i nomi dei materiali nella casella Per variabile , specificare la distribuzione come Weibull e fare clic su OK.
  4. Conduci l'analisi statistica di Weibull selezionando Stat | Affidabilità/Sopravvivenza | Analisi della distribuzione (Right Censoring) | Analisi della distribuzione parametrica | Weibull | Grafici. Scegliere il grafico Probabilità | Visualizzare gli intervalli di confidenza sui grafici sopra riportati e fare clic su OK.

7. Analisi frattografica

  1. Per la stereomicroscopia, montare la fotocamera oculare e acquisire immagini (20x) delle viste aeree e laterali dei campioni tramite il software di stereomicroscopia.
  2. Per la microscopia elettronica a scansione, tagliare il campione fino alla giunzione cemento-smalto (CEJ), metterlo in un bagno di acetone in un pulitore a ultrasuoni e quindi asciugare all'aria. Rivestimento d'oro e acquisizione di immagini (ingrandimento 250-300) delle viste aeree e laterali dei campioni.

Results

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Il calcolo della dimensione del campione è stato eseguito utilizzando il software di riferimento, che ha generato una dimensione dell'effetto di 0,39 e ha suggerito una dimensione minima del campione di n = 13 per gruppo. Tuttavia, in questo studio è stata scelta una dimensione del campione di n = 15 per rilevare la differenza del 5%. L'ipotesi nulla è stata respinta. Pur avendo una maggiore resistenza alla flessione, i valori medi della forza di carico massima delle faccette occlusali di 1 mm di spessore (n = 15 per gruppo) realizzate dal gruppo LD (disilicato di litio: 2.727,10 ± 472,41 N) erano significativamente inferiori a quelli del gruppo RNC (resina nanoceramica: 3.212,80 ± 558,67 N) (p < 0,05). Il parametro di scala o la forza caratteristica (σ) di LD quando la probabilità di guasto è del 63,2% è leggermente inferiore al gruppo RNC. Tuttavia, il parametro di forma o modulo di Weibull (m) rappresentato dalla pendenza del grafico di probabilità (IC 95%) del LD era simile al gruppo RNC, come mostrato nella Figura 6, riflettendo che entrambi i materiali possono possedere una distribuzione simile di difetti o difetti interni. Tutti i dati sono presentati nella Tabella 1.

Le immagini allo stereomicroscopio delle faccette occlusali LD e RNC fratturate in viste aeree e laterali sono presentate rispettivamente nella Figura 7 e nella Figura 8. Entrambi i gruppi di test hanno rappresentato le crepe superficiali a forma di anello all'intersezione delle linee di riferimento centrali alla fossa centrale. La fessura era, infatti, una parte del sistema di cricche a cono hertziano che si espande ampiamente nello strato profondo dei restauri. In genere consisteva in una cricca esterna (OC), una cricca interna (IC) e una cricca mediana (MC), come mostrato nella Figura 9. La cricca radiale che si originava e si propagava dalla superficie di cementazione opposta al sito di impatto era difficile da identificare a causa della sottigliezza dei restauri e della natura del test di scricchiolio della corona. Tuttavia, l'origine della frattura secondaria causata da sollecitazioni di trazione che si presentano come cricche radiali è stata osservata nell'area marginale del restauro rimanente attaccato ai monconi master. I frammenti che mostrano le caratteristiche frattografiche della direzione di propagazione della cricca radiale dall'origine della frattura secondaria sono presentati nella Figura 10. Le fratture complete della massa erano costantemente localizzate all'aspetto distolinguale di entrambi i gruppi restaurativi, ad eccezione di un campione nel gruppo RNC in cui la frattura si è verificata buccolingualmente all'aspetto distale.

Le immagini rappresentative con ingrandimento più elevato al microscopio elettronico a scansione nelle viste aeree e laterali di entrambi i gruppi di test sono mostrate nella Figura 11 e nella Figura 12. A causa dell'impregnazione dell'80% in peso di riempitivi nanoceramici nella matrice polimerica altamente reticolata al 20% in peso, le superfici di frattura delle faccette in RNC presentavano un aspetto ruvido e fibroso, caratteristico della deformazione plastica nelle fratture duttili. Al contrario, i restauri realizzati in LD si sono frantumati in più pezzi con crepe che si propagano dalle origini della frattura (FO) negli strati più profondi senza interruzioni o deviazioni di crepe. Inoltre, l'area di impatto originale di una sfera in acciaio inossidabile poteva essere individuata nell'area in alto a destra a circa 1 mm da una linea fratturata in alcuni campioni, indipendentemente dal tipo di materiale. Ciò dimostra che la sfera poteva scivolare nella sua posizione finale quando non era perfettamente allineata sulla fossa centrale durante il carico di compressione.

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Figura 1: Immagini digitali dal software di progettazione assistita da computer dentale che mostrano la radice biforcata fusa di un primo molare mandibolare tipodonte. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 2: Matrice master fresata da disco laminato in fibra di vetro ad alta pressione utilizzando una fresatrice dentale a 5 assi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 3: Montaggio degli stampi master. (A) Le maschere sono fabbricate con filamento di PMMA stampato. (B) Sono posizionati in modo sicuro in un cappuccio terminale in PVC per standardizzare l'orientamento e la posizione dell'analogo del dente. (C) La resina epossidica a bassa viscosità a indurimento a freddo viene versata fino alla giunzione cemento-smalto dell'analogo del dente e lasciata a temperatura ambiente per almeno 24 ore per indurire. Abbreviazioni: PMMA = polimetilmetacrilato; PVC = cloruro di polivinile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 4: Blocchi CAD/CAM dopo la fresatura e la finitura seguendo le istruzioni del produttore. (A) Disilicato di litio, (B) Resina nanoceramica. Abbreviazioni: CAD = progettazione assistita da computer; CAM = produzione assistita da computer. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 5: Prove meccaniche quasistatiche. (A) Una sfera in acciaio inox da 5,5 mm è posizionata sulla fossa centrale del restauro. (B) Il provino viene posizionato al centro della macchina di prova universale con una cella di carico da 5 kN e compresso con una piastra di compressione a 1 mm/min protetta dall'anello acrilico e dallo schermo antidetriti. L'estensione (mm) e la forza di carico massima (N) verranno registrate nel software. (C) I pezzi sfusi di campioni fratturati vengono raccolti con cura e rimessi nella loro posizione originale seguendo le linee colorate del pennarello indelebile. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 6: Grafico di probabilità di Weibull del carico massimo di frattura al 95% CI tra le faccette occlusali in LD e RNC. Il carico massimo di frattura (N) al 95% di IC era tra le faccette occlusali realizzate in LD (linea blu) e RNC (linea rossa). Il parametro di forma o modulo di Weibull (m) rappresenta la pendenza del grafico, mentre il parametro di scala o la resistenza caratteristica (σ) rappresenta il valore di resistenza dei materiali quando la probabilità di cedimento è del 63,2% (linea verde). I parametri e la retta adattata mostrano l'analisi di massima verosimiglianza. Abbreviazioni: LD = disilicato di litio; RNC = resina nanoceramica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 7: Faccette occlusali in disilicato di litio allo stereomicroscopio (20x). (A) Vista aerea; (B) vista laterale. Barre della scala = 2 mm (A), 1 mm (B). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 8: Faccette occlusali in resina nanoceramica sotto uno stereomicroscopio (20x). (A) Vista aerea; (B) vista laterale. Barre della scala = 2 mm (A), 1 mm (B). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 9: Caratteristiche frattografiche rappresentative delle faccette occlusali. (A) LD e (B) RNC. Le frecce bianche puntano verso la cricca dell'anello dove si è verificata l'origine della frattura primaria e si sono propagate dalla compressione della sfera, generando tipiche cricche del cono hertziano con cricche del cono esterno, cricche del cono interno e una cricca mediana. L'origine della frattura secondaria causata dalla sollecitazione di trazione è stata trovata vicino alla regione marginale. Le frecce tratteggiate segnano la direzione di propagazione della cricca, dove si possono notare anche altre caratteristiche, come le linee di arresto, a seconda delle condizioni di imaging. Barre della scala = 2 mm (A), 1 mm (B). Abbreviazioni: LD = disilicato di litio; RNC = resina nanoceramica; 1° FO = origine della frattura primaria; 2° FO = origine della frattura secondaria; OC = fessura del cono esterno; IC = cricche del cono interno; MC = fessura mediana; DCP = direzione di propagazione della cricca; AL = linee di arresto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 10: Caratteristiche frattografiche rappresentative dei frammenti di faccette occlusali. (A) LD e (B) RNC. L'origine della frattura secondaria era vicina al margine della faccetta occlusale. Le frecce tratteggiate segnano la direzione di propagazione della cricca con altre caratteristiche frattografiche come la zona di nebbia, l'hackle attorcigliato, la linea di Wallner e la linea di arresto. Barre della scala = 1 mm. Abbreviazioni: LD = disilicato di litio; RNC = resina nanoceramica; 2° FO = origine della frattura secondaria; DCP = direzione di propagazione della cricca; AL = linee di arresto; M = zona di nebbia; TH = hackle ritorto; WL = linea di Wallner. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 11: Immagini SEM rappresentative di faccette occlusali LD fratturate. (A) Vista aerea; (B) vista laterale. La freccia bianca rappresenta l'impatto iniziale della sfera in acciaio inossidabile. Barre della scala = 1 mm. Abbreviazioni: LD = disilicato di litio; SEM = microscopio elettronico a scansione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 12: Immagini SEM rappresentative di faccette occlusali RNC fratturate. (A) Vista aerea; (B) vista laterale. Barre della scala = 1 mm. Abbreviazioni: RNC = resina nanoceramica; SEM = microscopio elettronico a scansione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella 1. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Discussion

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Negli ultimi anni, le faccette occlusali minimamente invasive hanno ricevuto sempre più attenzione nell'odontoiatria restaurativa contemporanea. Questi restauri sono solitamente realizzati con ceramica monolitica CAD/CAM a matrice vetrosa, materiali policristallini e ibridi26. La preparazione conservativa dei denti, la facilità di accesso e visibilità durante la preparazione dei denti, la presa dell'impronta e la cementazione e la conservazione della gengiva marginale sono stati promossi come vantaggi26,27. Le attuali linee guida raccomandano uno spessore di 1,5-2,0 mm alla cuspide di supporto e alla fossa centrale per garantire durata e prestazioni meccaniche28,29. Tuttavia, a causa dei favorevoli tassi di sopravvivenza sperimentale, le faccette occlusali ultrasottili con spessori di 0,7-1,0 mm sono ora ampiamente impiegate come approccio restaurativo minimamente invasivo 26,30,31.

Le differenze nei componenti microstrutturali e nelle tecniche di lavorazione possono influenzare le proprietà del materiale CAD/CAM dentale, tra cui le proprietà fisico-meccaniche, le proprietà ottiche, il coefficiente di dilatazione termica (CTE) e la solubilità chimica3. Dopo la lavorazione, LD di solito richiede un trattamento termico per convertire i cristalliti di metasilicato in cristalli di disilicato di litio completamente cristallizzati con una resistenza alla flessione di ~377 MPa e un modulo elastico di 67,2 GPa 32,33,34. Al contrario, l'RNC non richiedeva post-elaborazione e aveva una resistenza alla flessione fino a 200 MPa e un modulo elastico di 12,7 GPa34. Diversi studi hanno rilevato che i valori di resistenza alla flessione provenienti da test standard generali che utilizzano dimensioni semplici non erano correlati ai carichi di rottura dei restauri dentali con diversa morfologia complessa e spessori 15,16,17.

In questo studio, la resistenza alla frattura delle faccette occlusali da 1 mm realizzate in RNC è stata superiore a quella del gruppo LD, con risultati simili a studi precedenti eseguiti utilizzando denti naturali 35,36,37. La maggiore capacità portante di questo materiale ibrido può derivare dalla resistenza e resilienza delle cariche ceramiche e della matrice composita in resina, che consentono l'armonizzazione del suo modulo elastico con la dentina (15 GPa) e il materiale analogo alla dentina (16,5 GPa), migliorando la distribuzione delle sollecitazioni14,38. Questo studio non ha incorporato il processo di invecchiamento e la simulazione della masticazione nel calcolo, quindi non ha potuto rappresentare i valori di resistenza a lungo termine di questi restauri. Tuttavia, il tasso di sopravvivenza delle faccette occlusali realizzate con resina composita CAD/CAM precoce è superiore a quello di LD39,40.

A differenza delle leghe dentali, le ceramiche dentali non presentano una distribuzione gaussiana o normale dei valori di resistenza a causa della variazione nella distribuzione delle dimensioni dei difetti41. Il loro guasto è solitamente associato alla popolazione di difetti di grandi dimensioni, che generalmente pesa la frequenza di guasto sul lato destro della distribuzione. Pertanto, sarebbe necessaria una regressione parametrica per confermare l'affidabilità della resistenza del materiale. Secondo BS EN 61649: 2008, l'analisi statistica di Weibull potrebbe essere applicata con una dimensione del campione di dimensioni ridotte a n = 10 ma con una confidenza limitatadi 42. Per garantire l'affidabilità statistica e gli errori di stima minori sarebbero necessari un campione di grandi dimensioni, solitamente superiore a20. I materiali con bassi valori di modulo di Weibull (m) possono cedere o rompersi in un'ampia regione. Al contrario, quelli con valori elevati hanno maggiori probabilità di fallire nella regione di sollecitazione più alta a causa di una distribuzione di resistenza stretta. La maggior parte dei valori m delle ceramiche dentali commerciali è compresa tra 5 e 15 43, mentre il risultato di entrambi i materiali CAD/CAM utilizzati in questo studio è ~6,7, che potrebbe differire quando sono inclusi più campioni di test.

La futura ricerca odontoiatrica, in cui le questioni di biosicurezza e le leggi sui diritti umanisaranno più preoccupate, potrebbe fare più affidamento su materiali sostitutivi per i test sperimentali in vitro . Questo studio promuove l'uso di materiale analogo alla dentina fresata realizzato in fibra di vetro intrecciata impregnata di resina epossidica su polimetilmetacrilato (PMMA), che ha una resistenza meccanica inferiore e problemi di distacco45. È stata anche suggerita una poliammide rinforzata con vetro come un altro materiale sostitutivo per gli esperimenti di laboratorio24. Tuttavia, questi materiali sintetici potrebbero non essere completamente in grado di sostituire i denti naturali nonostante abbiano proprietà elastiche e capacità di adesione simili. Uno studio recente ha rilevato che le corone in disilicato di litio cementate con laminato di vetro epossidico o poliammide caricato con vetro hanno mostrato una maggiore resistenza alla fatica rispetto a quando sono state incollate alla dentina25 naturale.

Questo studio non può confrontare tali risultati poiché non ha incluso i denti naturali un gruppo di controllo. Tuttavia, quando si confrontano due o più materiali di rivestimento diversi, l'utilizzo di un modello artificiale per i denti naturali mostra una maggiore ripetibilità e non ha problemi di fornitura, conservazione, sterilizzazione o trasmissione di malattie. L'unico problema del laminato di vetro epossidico è la sua durezza superficiale, che ha ostacolato il processo di fresatura, soprattutto nella biforcazione della radice. Una semplificazione dell'utilizzo di una singola radice non anatomica con l'assenza del legamento parodontale non altera il comportamento portante del restauro46. Sono necessari ulteriori studi per giustificare pienamente le proprietà meccaniche e le prestazioni di adesione di questi materiali sostitutivi con altri materiali da restauro attraverso approcci diversi.

Questo studio evidenzia anche la fattibilità dell'utilizzo di una sfera in acciaio inossidabile non fissa come penetratore per una prova di compressione monotona uniassiale. Nei test di laboratorio sono stati utilizzati diversi tipi di penetratori fissi, tra cui smussato, pistone, mezza sfera e forme a sfera 14,47,48,49,50. Tuttavia, questi possono creare sollecitazioni indesiderate in un punto dei materiali di prova. Inoltre, non modella la posizione clinica, dove le cuspidi antagoniste possono muoversi fino a 0,5 o 1 mm eccentricamente51,52. A differenza di un penetratore fisso, la sfera in acciaio inossidabile utilizzata in questo studio può muoversi leggermente per entrare in contatto e dissipare lo stress al centro della protesi, prevenendo l'accumulo di stress su una singola superficie inclinata. Come studi precedenti, l'indagine frattografica ha rivelato che il carico-frattura con carico monotono potrebbe non essere in grado di rappresentare completamente il sistema di cricche sotterranee originato dalla superficie di legame opposta al sito di carico 6,14. Tuttavia, in questo studio, è stato possibile osservare cricche radiali sotto la superficie ai margini in entrambi i gruppi restaurativi, segnando il fallimento comune della protesi in ceramica dall'uso quotidiano a lungo termine53,54. Pertanto, prestare attenzione al processo di lavorazione del margine delle protesi minimamente invasive è essenziale per non creare vizi o difetti estrinseci che potrebbero aggravare gli eventi di guasto.

Entro i limiti di questo studio, si può concludere che le faccette occlusali da 1 mm realizzate in nanoceramica di resina CAD/CAM hanno una resistenza alla frattura superiore al disilicato di litio convenzionale. Tuttavia, entrambi hanno dimostrato un'adeguata resistenza alla frattura contro la forza massima del morso volontaria e involontaria e sono materiali promettenti per il ripristino dei denti posteriori in uno schema minimamente invasivo. I test meccanici quasistatici in questo studio possono fornire un indizio sulla resistenza dei materiali da restauro CAD/CAM dentali, probabilmente nella fase iniziale dopo il posizionamento, attraverso la massima capacità portante con sistemi di fessure clinicamente rilevanti. I materiali da restauro più recenti come il silicato di litio e alluminio (LAS) avanzato, il disilicato di litio rinforzato con zirconio (ZLS) e altri materiali analoghi ai denti potrebbero essere ulteriormente studiati con questa impostazione di laboratorio proposta in condizioni di invecchiamento artificiale e simulazione delle condizioni orali.

Disclosures

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Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Acknowledgements

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Questo studio ha ricevuto finanziamenti dalla Facoltà di Odontoiatria dell'Università Mahidol di Bangkok, Thailandia. Gli autori ringraziano la dott.ssa Erica Di Federico della School of Engineering and Materials Science e il dott. Thomas Kelly della School of Geography della Queen Mary University di Londra per i loro input tecnici e la loro guida in questo lavoro.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Stampa 3D (SLA)  Formlabs, Somerville, MA, Stati UnitiForm3+
3Shape Dental Designer Software CAD 3Shape A/S, Copenhagen, Danimarcaper analoghi dentali e faccette 5
% acido fluoridricoIvoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinIPS Gel mordenzante ceramico
Polvere di alluminaRonvig Dental Mfg. A/S, Daugaard, Danimarca
Bluehill Software universale per prove sui materiali Sistemi di test meccanici Instron, Norwood, MA, USA
Software CamLabLite Bresser UK Ltd, Kent, Regno UnitoSoftware per stereomicroscopia
Resina epossidica a bassa viscosità a polimerizzazione a freddo Struers SAS, Champigny-sur-Marne, Francia
Cemento resinoso a doppia polimerizzazione 3M, Saint Paul, MN, USARely X Ultimate Adhesive Resin Cement
Oculare fotocamera ToupTek Photonics Co., Ltd., Hangzhou, Cina
Dischi laminati in fibra di vetro ad alta pressione  (G10)PAR Group Ltd, Lancashire, Regno Unito
IPS e.max CADIvoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinYB54G9/605330Scanner da laboratorio a bassa traslucenza, A3, C14
3Shape A/S, Copenhagen, DanimarcaD900L
Lava Ultimate3M ESPE, Saint Paul, MN, USA9541467/3314A3-LTLED) a bassa traslucenza, A3, 14L
nbsp;Strumento medico Woodpecker, Guilin, fresatrice cinese
 VHF camfacture AG, Amnnerbuch, GermaniaVHF S2
Minitab 18 Minitab Inc, State College, PA, Stati Uniti d'America
nQuery Advisor Versione 9.2.10 Soluzioni statistiche Ltd., CA, USA
Tappo terminale in cloruro di polivinilePlastic Pipe Shop Ltd, Stirling, Regno Unito25 mm X 21,5 mm;
Microscopio elettronico a scansione Tescan, Brno, RepubblicaTescan Vega
Silano agente di accoppiamento 3M, Saint Paul, MN, USARelyX Ceramic Primer
Autodesk Inventor Professional 2024Autodesk, San Francisco, CA, USASoftware CAD per
jig Sputter vacuum coater   Quorum, East Sussex, Regno UnitoMiniQS Sputter Coater
Stata18 StataCorp LLC, College Station, TX, USA
Stereomicroscopio Carl Zeiss AG, Oberkoche, GermaniaZeiss Stemi 508
Typodont mandibolare primo molareFrasaco GmbH, Tettnang, GermaniaANA-4 Z3RN-36
Adesivo dentale universale   3M, Saint Paul, MN, USAadesiva universale Scotch Bond
Sistemi di prova meccanici Instron, Norwood, MA, USAIntron 5900-84 
Software CAD Lampada polimerizzante a diodo a emissione luminosa (& Ceca Macchina di prova universale

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