Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Skurcz kompozytu dentystycznego w symulowanej ubytku mierzony za pomocą cyfrowej korelacji obrazu

13.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/51191

⸱

21 lipca 2014

 ,  , 
1Minnesota Dental Research Center for Biomaterials and Biomechanics, School of Dentistry, University of Minnesota

W tym artykule

Podsumowanie

Aby zrozumieć przestrzenny rozwój naprężeń skurczowych polimeryzacji w uzupełnieniach z żywicy i kompozytu dentystycznego, użyto Cyfrowej Korelacji Obrazu, aby zapewnić pomiar przemieszczenia/odkształcenia pełnego pola odtworzonych modelowych wnęk szklanych poprzez korelację obrazów uzupełnienia wykonanych przed i po polimeryzacji.

Streszczenie

Polimeryzacja Kurczenie się kompozytów z żywicy dentystycznej może prowadzić do odbudowy, debondingu lub pękania tkanek zębów w zębach odbudowanych kompozytem. Aby zrozumieć, gdzie i w jaki sposób rozwijają się odkształcenia skurczowe i naprężenia w takich odbudowanych zębach, wykorzystano cyfrową korelację obrazu (DIC), aby zapewnić kompleksowy obraz przemieszczeń i rozkładów odkształceń w modelowych uzupełnieniach, które uległy skurczowi polimeryzacyjnemu.

Próbki z modelowymi wgłębieniami były wykonane z cylindrycznych prętów szklanych o średnicy i długości 10 mm. Wymiary jamy mezjalno-okluzyjno-dystalnej (MOD) przygotowanej w każdej próbce wynosiły odpowiednio 3 mm i 2 mm szerokości i głębokości. Po wypełnieniu ubytku kompozytem żywicznym, obserwowana powierzchnia została spryskana najpierw cienką warstwą białej farby, a następnie drobnym czarnym węglem w proszku w celu stworzenia plamek o wysokim kontraście. Zdjęcia tej powierzchni zostały następnie wykonane przed utwardzeniem i 5 minut po nim. Na koniec oba obrazy skorelowano za pomocą oprogramowania DIC w celu obliczenia rozkładu przemieszczeń i odkształceń.

Kompozyt żywiczny skurczył się pionowo w kierunku dołu ubytku, przy czym górna środkowa część uzupełnienia miała największe przemieszczenie w dół. W tym samym czasie skurczył się w poziomie w kierunku pionowej linii środkowej. Skurcz kompozytu spowodował rozciągnięcie materiału w pobliżu granicy "zęb-odbudowa", co spowodowało ugięcia guzka i duże naprężenia rozciągające wokół uzupełnienia. Materiał w pobliżu ścian wnęki lub podłogi miał bezpośrednie odkształcenia głównie w kierunkach prostopadłych do granic faz. Sumowanie dwóch składowych odkształcenia bezpośredniego wykazało stosunkowo równomierny rozkład wokół uzupełnienia, a jego wielkość była w przybliżeniu równa objętościowemu odkształceniu skurczowemu materiału.

Wprowadzenie

Kompozyty żywiczne są szeroko stosowane w stomatologii odtwórczej ze względu na ich doskonałą estetykę i właściwości manipulacyjne. Jednak pomimo tego, że kompozyty żywiczne są związane z tkankami zęba, skurcz polimeryzacyjny pozostaje problemem klinicznym, ponieważ wytworzone naprężenie skurczowe może powodować odklejanie się na granicy zębówi odbudowy 1-2. W związku z tym bakterie mogą atakować i przebywać w uszkodzonych obszarach, powodując wtórną próchnicę. Z drugiej strony, jeśli uzupełnienie jest dobrze przyklejone do zęba, naprężenia skurczowe mogą powodować pękanie tkanek zęba. Każda z tych awarii zagrozi żywotności uzupełnienia dentystycznego, które będzie poddawane dużej liczbie cykli obciążenia termicznego i mechanicznego.

Pomiar skurczu, odkształcenia i naprężenia polimeryzacji stał się więc niezbędny w rozwoju i ocenie kompozytów z żywic dentystycznych3-4. Opracowano różne techniki lub metody pomiarowe5-11, których głównym celem jest zapewnienie prostej konfiguracji do niezawodnego pomiaru skurczu materiałów kompozytowych z żywicy. Chociaż pomiary, które dostarczają, mogą być wystarczające do porównania zachowań skurczowych różnych materiałów, nie pomagają w zrozumieniu, w jaki sposób i gdzie powstaje naprężenie skurczowe w faktycznie odbudowanych zębach. W szczególności bardzo interesującą kwestią jest to, w jaki sposób ściany ubytków ograniczają kurczenie się kompozytów i prowadzą do powstawania naprężeń skurczowych w uzupełnieniach dentystycznych12. Należy pamiętać, że aby wytworzyć naprężenie skurczowe, część odkształcenia skurczowego kompozytu żywicznego musi zostać przekształcona w odkształcenie sprężyste przy rozciąganiu. W związku z tym dobrze byłoby, gdyby można było zmierzyć ten składnik odkształcenia w uzupełnieniu. Ostatnio technika optycznego pomiaru odkształceń w pełnym polu, cyfrowa korelacja obrazu (DIC), została zastosowana do pomiaru swobodnego skurczu kompozytów żywicznych, a także przepływu materiału w uzupełnieniach dentystycznych13-15. Podstawową ideą DIC jest śledzenie i korelowanie widocznych wzorów na powierzchni próbki na podstawie sekwencyjnych obrazów wykonanych podczas jej deformacji, dzięki czemu można określić pola przemieszczenia i odkształcenia na tej powierzchni. Pomiar pełnego pola jest jedną z głównych zalet metody DIC, która jest szczególnie przydatna przy obserwacji niejednorodnych wzorców odkształceń i odkształceń13. W tym badaniu DIC wykorzystano do odkrycia wzorców odkształceń w uzupełnieniach kompozytowych z żywicy dentystycznej, w celu zrozumienia rozwoju naprężeń skurczowych i zidentyfikowania potencjalnych miejsc odklejenia. Informacje te nie są bezpośrednio dostępne w cytowanych powyżej pracach14-15, w których mierzono jedynie przemieszczenie uzupełnienia spowodowane skurczem polimeryzacyjnym. Pomiar przeprowadzono przy użyciu modeli, które symulowały zęby z ubytkami mezjalno-okluzyjno-dystalnymi (MOD) jako próbę odtworzenia naprężeń lub naprężeń w rzeczywistych uzupełnieniach dentystycznych. Chociaż użycie prawdziwych zębów jest bardziej reprezentatywne pod względem anatomicznym, wadą tego rozwiązania są znaczne różnice między zębami pod względem anatomii, właściwości mechanicznych, stopnia nawodnienia, a także niewidocznych wadwewnętrznych14, które skutkują dużymi różnicami w wynikach. Aby przezwyciężyć tę wadę, w niektórych badaniach próbowano ustandaryzować próbki zębów, grupując je pod względem rozmiaru policzka16 lub całkowicie zastępując zęby modelami materiału zastępczego17. Na przykład modele aluminiowe, które mają podobny moduł Younga do szkliwa (odpowiednio 69 i 83 GPa), zostały wykorzystane do pomiaru naprężeń skurczowych, przy czym poziom naprężenia skurczowego jest wskazywany przez ugięcie guzka17. W tym badaniu zamiast tego wykorzystano modele (wgłębienia) ze szkła krzemionkowego, ponieważ materiał ten ma również podobny moduł Younga (63 GPa) do ludzkiego szkliwa, a ponieważ jest przezroczysty, można łatwo zaobserwować wszelkie odklejenia lub pęknięcia w próbkach.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Uwaga: Trzy kompozyty z żywicy dentystycznej były badane przy użyciu szklanych wnęk: Z100, Z250 i LS, zgodnie z listą materiałów. Wśród nich LS jest znany jako kompozyt żywiczny o niskiej kurczliwości o skurczu objętościowym około 1,0%, znacznie niższym niż w przypadku Z250 i Z100 (odpowiednio ~2% i ~2,5%)18-19. Sprzęt i inne materiały użyte w tym opracowaniu są również podane w Wykazie Materiałów.

1. Przygotowanie wnęki modelu

  1. Pokrój długi cylindryczny pręt szklany o średnicy 10 mm na krótkie pręty o długości 10 mm za pomocą wolnoobrotowej piły diamentowej.
  2. Wytnij wgłębienie mezjalno-okluzyjno-dystalne (MOD) (Rysunek 1) o wymiarach 3 mm (szerokość) x 2 mm (głębokość) w każdej próbce za pomocą przystosowanej wolnoobrotowej piły diamentowej.
  3. Wypoleruj każdą cylindryczną próbkę, aby utworzyć płaską powierzchnię prostopadłą do długości wnęki, o wymiarach pokazanych na rysunku 1. Płaska powierzchnia umożliwia precyzyjne ustawianie ostrości i kalibrację obrazu na uzupełnieniu. Odtąd będzie ona nazywana powierzchnią obserwacyjną.
  4. Przygotuj trzy próbki dla każdego z trzech badanych materiałów: Z100, Z250 i LS; patrz tabela materiałów.

2. Wypełnianie ubytków kompozytem żywicznym

  1. Nałóż cienką warstwę Ceramic Primer za pomocą pędzla, aby sylianizować wszystkie szklane powierzchnie wnęki. Pozwala to na sklejanie powierzchni szklanych z kompozytami żywicznymi.
  2. Po około 1 minutach nałóż cienką warstwę kleju. Do kompozytów LS należy stosować system LS Adhesive, a do kompozytów Z100 i Z250 Adper Single Bond Plus.
  3. Klej utwardzić światłem utwardzającym i czasem utwardzania (10-20 sekund) zgodnie z instrukcją producenta (tabela materiałów).
  4. Zakryj wszystkie szklane powierzchnie otaczające uzupełnienie czarną taśmą z wyjątkiem powierzchni obserwacyjnej, jak pokazano na rysunku 2. Ma to na celu uniknięcie sytuacji, w której światło utwardzające dociera do kompozytu żywicznego przez otaczające przezroczyste szkło, co nie zdarza się w prawdziwych zębach.
  5. Wypełnij ubytek kompozytem żywicznym i zeskrob nadmiar, aby spłaszczyć wszystkie powierzchnie.

3. Malowanie powierzchni

  1. Rozpyl cienką warstwę białej farby na powierzchnię obserwacyjną, która teraz zawiera część kompozytu żywicznego.
  2. Natychmiast posyp farbę czarnym drobnym węglem drzewnym w proszku, aby uzyskać plamki o wysokim kontraście. Nieregularne kształty plamek pomogą oprogramowaniu DIC zidentyfikować je i śledzić ich ruchy.

4. Przykładowy montaż, utwardzanie i fotografowanie

  1. Odnosząc się do rysunku 2, umieść próbkę (E) w uchwycie (C) i dokręć ją śrubą (D). Następnie umieść całe urządzenie na końcu dużej belki poziomej.
  2. Przymocuj kamerę CCD i żółtą diodę LED z żółtym oświetleniem do tej samej wiązki tak, aby były skierowane w stronę powierzchni obserwacyjnej.
  3. Za pomocą statywu z regulowanymi zaciskami ustaw lampę utwardzającą tak, aby jej końcówka znajdowała się około 1 mm nad próbką.
  4. Zrób zdjęcie próbki, aby dostarczyć obraz referencyjny przed utwardzeniem.
  5. Utwardzamy kompozyt żywiczny przez 20 sek.
  6. Zrób kolejne zdjęcie po 5 minutach od utwardzenia.
  7. Umieść blok kalibracyjny w tej samej pozycji co powierzchnia obserwacyjna i zrób zdjęcie. Blok kalibracyjny zawiera tablicę okrągłych kropek o dokładnie znanym rozmiarze i odstępach.

5. Analiza obrazu za pomocą oprogramowania DIC

  1. Zaimportuj dwa zdjęcia wykonane dla każdej próbki, jedno przed i jedno po utwardzeniu, do oprogramowania DIC.
  2. Skalibruj wymiary obrazów i skoryguj zniekształcenia obrazu, korzystając z obrazu bloku kalibracyjnego.
  3. Umożliwia zdefiniowanie obszaru zainteresowania na powierzchni obserwacji do analizy.
  4. Zdefiniuj rozmiar kwadratowych okien podzbioru jako 64 x 64 piksele dla pierwszej iteracji i 32 x 32 piksele dla drugiej iteracji20. Zdefiniuj nakładanie się jako 50%.
  5. Skoreluj obraz wykonany po utwardzeniu z obrazem referencyjnym wykonanym przed utwardzeniem, aby obliczyć przemieszczenie i rozkład odkształceń.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Dla każdego materiału przebadano trzy próbki. Po każdym badaniu próbkę oceniono wzrokowo lub, w razie potrzeby, przy użyciu mikroskopu. Nie stwierdzono widocznego odklejenia na styku „ząb-restauracja” ani pęknięć.

Rozdzielczość obrazów wynosiła 1 600 x 1 180 pikseli przy rozmiarze piksela wynoszącym 5,8 mm. Przy rozmiarze okna podzbioru wynoszącym 32 piksele, rozdzielczość przestrzenna rozkładów przemieszczeń wynosiła około 186 mm.

Rysunek 3 przedst...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Zastosowanie szklanych wnęk o tym samym kształcie i wymiarach do pomiaru odkształceń skurczowych miało na celu zminimalizowanie różnic w wynikach wynikających z różnic w wielkości, anatomii i właściwościach materiałowych naturalnych zębów ludzkich. Ponadto stopione szkło krzemionkowe użyte w tym badaniu ma podobny moduł Younga do szkliwa, co czyni go odpowiednim materiałem symulującym dla naturalnych zębów, jeśli chodzi o zachowanie mechaniczne21-22. Chociaż w prawdziwych uzupełnieniach zębów kompozyt żywiczny...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

To badanie było wspierane przez Minnesota Dental Research Center for Biomaterials and Biomechanics (MDRCBB).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kompozyt dentystyczny Z1003M ESPEN362979skurcz objętościowy ~ 2,5%, moduł Younga ~ 14 GPa
Kompozyt dentystyczny Z2503M ESPEN326080skurcz objętościowy ~ 2,0%, moduł Younga ~ 11 GPa
Kompozyt dentystyczny LS3M ESPEN240313skurcz objętościowy ~ 1%, moduł Younga ~ 10 GPa
Grunt ceramiczny3M ESPEN167818Rely X
LS System Klej3M ESPEN391675Klej do kompozytu LS
Adper Single Bond Plus3M ESPE501757Klej do kompozytu Z100 i Z250
Pręt szklany Corning Inc.Pyrex 7740 borokrzemian
Światło utwardzające 3M ESPEElipar S10
Biały lakier produktów KrylonIndoor/Outdoor, Płaski biały
węgiel drzewny w proszku Sigma Aldrich, Co.BCBH6518Vz węglem aktywnym Fluka
 Point Grey Research, Inc.Punkt szary Gras-20S4C-C
Grupa Kamera CCD

Bibliografia

  1. Palin, W. M., Fleming, G. J. P., Nathwani, H., Burke, F. J. T., Randall, R. C. In vitro cuspal deflection and microleakage of maxillary premolars restored with novel low-shrink dental composites. Dental Materials. 21, 324-335 (2005).
  2. Li, H., Li, J., Yun, X., Liu, X., Fok, A. S. -L. Non-destructive examination of interfacial debonding using acoustic emission. Dental Materials. 27, 964-971 (2011).
  3. Dijken, J. W., Lindberg, A. Clinical effectiveness of a low-shrinkage resin composite: a five-year evaluation. J Adhes Dent. 11, 143-148 (2009).
  4. Yamazaki, P. C. V., Bedran-Russo, A. K. B., Pereira, P. N. R., Swift, E. J. Microleakage Evaluation of a New Low-shrinkage Composite Restorative Material. Operative Dentistry. 31, 670-676 (2006).
  5. Watts, D. C., Cash, A. J. Determination of polymerization shrinkage kinetics in visible-light-cured materials: methods development. Dental materials : official publication of the Academy of Dental Materials. 7, 281-287 (1991).
  6. Gee, A. J., Davidson, C. L., Smith, A. A modified dilatometer for continuous recording of volumetric polymerization shrinkage of composite restorative materials. Journal of Dentistry. 9, 36-42 (1981).
  7. Sakaguchi, R. L., Sasik, C. T., Bunczak, M. A., Douglas, W. H. Strain gauge method for measuring polymerization contraction of composite restoratives. Journal of Dentistry. 19, 312-316 (1991).
  8. Fogleman, E. A., Kelly, M. T., Grubbs, W. T. Laser interferometric method for measuring linear polymerization shrinkage in light cured dental restoratives. Dental Materials. 18, 324-330 (2002).
  9. Arenas, G., Noriega, S., Vallo, C., Duchowicz, R. Polymerization shrinkage of a dental resin composite determined by a fiber optic Fizeau interferometer. Optics Communications. 271, 581-586 (2007).
  10. Demoli, N., et al. Digital interferometry for measuring of the resin composite thickness variation during blue light polymerization. Optics Communications. 231, 45-51 (2004).
  11. Sharp, L. J., Choi, I. B., Lee, T. E., Sy, A., Suh, B. I. Volumetric shrinkage of composites using video-imaging. Journal of Dentistry. 31, 97-103 (2003).
  12. Feilzer, A. J., De Gee, A. J., Davidson, C. L. Setting stress in composite resin in relation to configuration of the restoration. Journal of Dental Research. 66, 1636-1639 (1987).
  13. Li, J., Fok, A. S., Satterthwaite, J., Watts, D. C. Measurement of the full-field polymerization shrinkage and depth of cure of dental composites using digital image correlation. Dental Materials. 25, (2009).
  14. Chuang, S. -F., Chang, C. -H., Chen, T. Y. -F. Spatially resolved assessments of composite shrinkage in MOD restorations using a digital-image-correlation technique. Dental Materials. 27, 134-143 (2011).
  15. Arakawa, A., Morita, Y., Uchino, M. Polymerization Shrinkage Behavior of Light Cure Resin Composites in Cavities. Journal of Biomechanical Science and Engineering. 4, 356-364 (2009).
  16. Lee, M. R., Cho, B. H., Son, H. H., Um, C. M., Lee, I. B. Influence of cavity dimension and restoration methods on the cusp deflection of premolars in composite restoration. Dental Materials. 23, 288-295 (2007).
  17. Park, J., Chang, J., Ferracane, J., Lee, I. B. How should composite be layered to reduce shrinkage stress: Incremental or bulk filling. Dental Materials. 24, 1501-1505 (2008).
  18. Weinmann, W., Thalacker, C., Guggenberger, R. Siloranes in dental composites. Dental Materials. 21, 68-74 (2005).
  19. Silikas, N., Eliades, G., Watts, D. C. Light intensity effects on resin-composite degree of conversion and shrinkage strain. Dental Materials. 16, 292-296 (2000).
  20. Yaofeng, S., Pang, J. H. L. Study of optimal subset size in digital image correlation of speckle pattern images. Optics and Lasers in Engineering. 45, 967-974 (2007).
  21. Versluis, A., Tantbirojn, D., Pintado, M. R., DeLong, R., Douglas, W. H. Residual shrinkage stress distributions in molars after composite restoration. Dental Materials. 20, 554-564 (2004).
  22. Sakaguchi, R. L., Wiltbank, B. D., Murchison, C. F. Prediction of composite elastic modulus and polymerization shrinkage by computational micromechanics. Dental Materials. 20, 397-401 (2004).
  23. Lecompte, D., Bossuyt, S., Cooreman, S., Sol, H., Vantomme, J. SEM Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics, 2007 June 3-6, Springfield, Massachusetts, , (2007).
  24. Huang, J., et al. Digital Image Correlation with Self-Adaptive Gaussian Windows. Exp Mech. 53, 505-512 (2013).
  25. Li, J., Lau, A., Fok, A. S. Application of digital image correlation to full-field measurement of shrinkage strain of dental composites. J. Zhejiang Univ. Sci. A. 14, 1-10 (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Skurcz kompozytu stomatologicznegoskurcz polimeryzacyjnyanaliza rozk adu odkszta ceodbudowa z kompozytu ywicznegoprzygotowanie ubytkutworzenie wzorca nakrapianegooprogramowanie do korelacji obraz wpomiar przemieszczeniakoncentracja odkszta ce rozci gaj cych
Skurcz kompozytu dentystycznego w symulowanej ubytku mierzony za pomocą cyfrowej korelacji obrazu
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.