Методическая статья

Квазистатические механические испытания для автоматизированного проектирования и производства окклюзионных виниров, цементированных на фрезерованном аналоговом материале дентина

DOI:

10.3791/67511

⸱

20 декабря 2024 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Квазистатическое испытание на разрушение с нефиксированным шариком из нержавеющей стали было разработано для определения прочности на разрушение минимально инвазивных задних компьютерных реставраций, сцементированных с аналоговыми материалами дентина. Этот тест моделирует типичный режим нагрузки, ответственный за перелом зубных конструкций.

Аннотация

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

При современных малоинвазивных режимах лечения для сохранения жизнеспособности, эстетики и функции восстановленного зуба используется малая препарация зубов и более тонкая биомиметическая керамическая реставрация. Теперь доступны новые материалы, подобные керамике для систем автоматизированного проектирования и автоматизированного производства (CAD/CAM). Чтобы гарантировать долговечность, стоматолог должен знать механическую прочность этого нового продукта по сравнению с относительно хрупкой стекломатричной керамикой. Кроме того, для лабораторных исследований, особенно после пандемии, был предложен заменитель зуба, и для его применения требуется больше доказательной поддержки.

В этом исследовании был разработан лабораторный протокол для испытания на монотонную нагрузку до разрушения для определения прочности на разрушение окклюзионных виниров CAD/CAM толщиной 1 мм. Мастер-матрицы были фрезерованы из стеклопластика высокого давления, который имеет такой же модуль упругости и прочность сцепления, как и гидратированный дентин. Они были установлены в торцевые крышки из поливинилхлорида (ПВХ) с эпоксидной смолой холодного отверждения. Окклюзионные виниры, также называемые настольными реставрациями, были фрезерованы из дисиликата лития (LD) и нанокерамических блоков смолы (RNC) и зацементированы на подготовленных мастер-штампах с помощью цемента из адгезионной смолы двойного отверждения. Они были полностью отверждены путем хранения в дистиллированной воде в течение 48 ч при 37 °C.

Затем все образцы помещались в универсальную испытательную машину и загружались с помощью незакрепленного шарика из нержавеющей стали толщиной 5,5 мм, который обеспечивает боковое перемещение, как это происходит с зубьями антагониста. Сжатие прикладывалось со скоростью 1 мм/мин, и был построен график нагрузки-перемещения. Средняя максимальная несущая способность реставраций в группе НКРЯ (3 212,80 ± 558,67 Н) была достоверно выше, чем в группе ЛД (2727,10 ± 472,41 Н) (p < 0,05). В ходе теста не было обнаружено отклеивания. Оба материала CAD/CAM могут иметь схожее распределение дефектов. В месте нагружения была обнаружена трещина в конусе Герца, в то время как радиальные трещины, распространяющиеся от поверхности цементации, были обнаружены близко к краю в обеих группах.

Введение

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

Безметалловые реставрации в настоящее время очень предпочтительны для передних и задних зубов благодаря их превосходным оптическим характеристикам и биосовместимости1. Однако основным недостатком таких материалов является их подверженность разрушению2. Большая часть керамики уязвима к трещинам, возникающим при растягивающих напряжениях, даже при низкой деформации3. Переломы зубных керамических протезов обычно развиваются из-за медленного роста радиальной трещины из-за длительного воздействия растягивающих напряжений, возникающих при жевании4. Их слабые стороны обостряются внутренними недостатками или дефектами в материалах и внешними недостатками изготовления и постобработки5. Прочность на изгиб, способность выдерживать растягивающие нагрузки стоматологических материалов CAD/CAM может быть достигнута и сравнена с помощью стандартных испытаний, таких как одноосные (3-точечный или 4-точечный изгиб) и двухосные испытания на изгиб (шарик на кольце, кольцо на кольце и поршень на трех шариках). Между тем, вязкость разрушения, способность материала противостоять росту трещин, может быть получена с помощью однолезвийной надрезной балки и испытания на вдавливание. Однако эти тесты не могут полностью предсказать и представить поведение цементированных протезов с различными анатомическими конфигурациями6. Были введены другие монотонные или динамические механические испытания для обоснования их проведения с различными клиническими аспектами 7,8.

Испытание на разрушение с нагрузкой или «хруст коронки» широко используется в стоматологии для исследования и сравнения прочности керамических реставраций со сложной геометрией 9,10. Монотонная одноосная компрессия квазистатически воздействует на реставрации в вертикальном или боковом направлении до тех пор, пока не произойдет катастрофический перелом. Прочность материала на разрушение может быть определена по максимальной силе нагружения, в то время как режимы разрушения, включая место и направление трещины (трещин), могут быть изучены под микроскопом. Хорошая реставрация должна быть способна выдерживать как сжимающую, так и растягивающую нагрузку от произвольной максимальной силы прикуса, наибольшую жевательную силу, создаваемую челюстно-лифтовыми мышцами под влиянием краниомандибулярной биомеханики и рефлекторного пути11,12, которая может составлять до 900 Н в боковых зубах3. Кроме того, бруксизм может непроизвольно увеличить силу до 1200 Н в той жеобласти13. В дополнение к свойствам материала (т.е. модулю упругости),на прочность любого протеза влияют геометрия, толщина, адгезивный цемент и распределение дефектов. Тем не менее, были выдвинуты аргументы о клинической значимости таких испытаний в связи с неклиническими высокими силами и механизмами отказа, непохожими на клинические ситуации 6,14. Испытание на усталостную прочность, включающее анализ ступенчатых нагрузок и внутриротовое состояние, может быть более реалистичным подходом к прогнозированию долговечности зубных реставраций7. Тем не менее, нагрузка на разрушение по-прежнему является быстрым, простым и воспроизводимым испытанием in vitro для сравнения прочности новых керамических материалов CAD/CAM, выпущенных на рынок, где данные производителя могут быть ненадежными 15,16,17. Результат может отражать устойчивость протеза к экстремальным нагрузкам, возникающим при парафункциональной деятельности и неожиданным клиническим ситуациям, таким как кусание твердых зерен или гравия, что также приводит к выходу из строя зубных протезов 18,19,20,21.

В связи с их растущим использованием для реабилитации боковых зубов, механические характеристики окклюзионных виниров, изготовленных из фрезерованных и напечатанных материалов CAD/CAM, были исследованы по различным аспектам, включая типы материалов, конструкции протезов, конструкцию подготовки зубного абатмента, толщину, обработку поверхности, адгезивное соединение и фиксирующую цементную систему22,23. Тем не менее, данные все еще ограничены, и тестовые материалы изготовлены из стекломатричной керамики и обычных композитных материалов CAD/CAM. В настоящее время доступен альтернативный гибридный материал — нанокерамика на основе смолы. Утверждается, что он сочетает в себе прочность нанокерамических наполнителей и упругость смоляной матрицы, которая может быть пригодна для тонкой, минимально инвазивной реставрации. Тем не менее, его механические характеристики, особенно в молярной области, требуют дополнительных доказательств клинического применения.

До сих пор у исследователей не было материалов, которые могли бы заменить естественные зубы в лабораторных испытаниях. Ламинат из стекловолокна высокого давления (Национальная ассоциация производителей электрооборудования; NEMA марки G10) с торговым названием Garolite предлагается в качестве материала-аналога дентина для механических испытаний стоматологической керамики с 2010года14. Это термореактивный композитный материал, состоящий из нескольких слоев стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой под высоким давлением. Он может выдерживать условия высоких нагрузок с такими же упругими свойствами, усталостными свойствами и прочностью адгезионного соединения, как и гидратированный дентин14,24. Он обеспечивает преимущества по сравнению с естественными зубами в отношении подготовки образцов, стандартизации и этического разрешения, с экономией времени за счет снижения проблем биобезопасности24. Обработку поверхности можно проводить путем травления 5% или 10% фтористоводородной кислотой при выдержке от 60 с до 90 с и нанесением силанового связующего агента14,24. Тем не менее, исследования цементных протезов с использованием этого материала ограничены, а достоверность имеющихся доказательств все еще под вопросом24,25.

В этом исследовании был разработан лабораторный протокол для испытания на монотонную нагрузку до разрушения окклюзионных виниров толщиной 1 мм, прикрепленных к мастер-штампам, фрезерованным из аналогового материала дентина, к нефиксированному шарику из нержавеющей стали. Максимальные несущие способности двух стоматологических материалов CAD/CAM: дисиликата лития (LD) - IPS e.max CAD и смоляной нанокерамики (RNC) - Lava Ultimate, с n = 15 в группе, были количественно оценены и статистически сравнены с помощью двухвыборочного независимого t-критерия и статистического анализа Вейбулла. Характер переломов также исследовали с помощью оптической стереомикроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Гипотеза исследования заключалась в том, что это был подходящий метод моделирования несостоятельности окклюзионных виниров в клиническом применении. Статистическая нулевая гипотеза заключалась в том, что не должно быть никакой разницы в максимальной несущей способности между окклюзионными винирами, изготовленными из двух материалов.

Протокол

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

1. Изготовление аналогов зубьев

  1. Анатомически уменьшить окклюзионную поверхность первого моляра типодонта нижней челюсти (с раздвоенным корнем) на 1 мм и скосить край с помощью грубых и мелких алмазных боров.
  2. Отсканируйте подготовленный типодонт с помощью зуботехнического лабораторного сканера.
  3. Откройте отсканированный файл с помощью OrthoAnalyzer в программе САПР. В окне Sculpt toolkit нажмите на инструмент Wax knife и установите его диаметр и уровень 2,6 мм и 63 мкм соответственно. Постепенно потяните каждую поверхность корня друг к другу, чтобы объединить раздвоенные корни в один корень для облегчения процесса фрезерования (Рисунок 1).
  4. Фрезеруйте аналоговые штампы зубьев из стеклопластика высокого давления (n = 30) (Garolite, Национальная ассоциация производителей электрооборудования [NEMA] марка G10) с помощью пятиосевого фрезерного станка (рис. 2).

2. Монтаж

  1. Используйте любое подходящее программное обеспечение САПР (например, Autodesk Inventor Professional 2025) для проектирования приспособления, которое подходит к корневой части зуба модели и пространству внутри торцевых крышек из ПВХ, чтобы обеспечить стандартизированное положение и ориентацию испытательного образца.
  2. Напечатайте один зажимной приспособление из ПММА или аналогичного модуля упругости с помощью 3D-принтера.
  3. Комбинируйте корневые части и матрицы с торцевой крышкой из ПВХ, обычно 25 мм по внутреннему диаметру, 21,5 мм в высоту и 5,5 мм по толщине стенки.
  4. Смешайте эпоксидную смолу холодного отверждения с низкой вязкостью и залейте ее до места соединения цементоэмали зубьев модели. Будьте осторожны, чтобы не загрязнить окклюзионную поверхность зубьев модели проточной смолой. Дайте полностью застыть при комнатной температуре не менее чем на 24 часа (Рисунок 3).

3. Изготовление окклюзионных виниров

  1. Импортируйте отсканированный файл аналога зуба в программу CAD.
  2. В разделе Указания определите направление введения окклюзионного винира.
  3. В разделе Интерфейсы выберите Margin line (Линия поля ) и отметьте линию поля отсканированного аналога зуба. Затем выберите Интерфейс кристалла | Увеличьте настройки и отрегулируйте зазор между цементом до 0,025 мм и дополнительный зазор между цементом до 0,050 мм.
  4. В разделе «Анатомия» спроектируйте окклюзионный винир толщиной 1 мм с помощью шаблона из библиотеки Smile и настройте его с помощью инструментов в приложении «Скульптор».
  5. Измельчите блоки дисиликата лития (IPS e.max CAD) и смолы нанокерамики (Lava Ultimate) (n=15 на группу) с помощью пятиосевого фрезерного станка и следуя инструкциям производителя (рис. 4).

4. Склеивание и цементация

  1. Очистите все мастер-матрицы в течение 90 с в ультразвуковой машине и высушите на воздухе. Затем нанесите 5% фтористоводородную кислоту на окклюзионную поверхность на 60 с, тщательно промойте водой, а затем высушите на воздухе.
  2. Для группы LD протравить внутреннюю поверхность 5% фтористоводородной кислотой в течение 20 с, тщательно промыть водой, высушить на воздухе.
  3. Для группы RNC воздух-абразив с порошком оксида алюминия размером зерна 50 мкм при давлении 2 бара (200 кПа, 30 фунтов на квадратный дюйм) в течение 10 с. Удалите лишний песок спиртом и высушите на воздухе.
  4. Нанесите силан, универсальное связующее вещество, и загрузите клеевой цемент двойного отверждения в реставрационную инталию. Поместите реставрацию на подготовленные мастер-матрицы, загрузив их под заполненную силиконом компрессионную головку в универсальной испытательной машине с нагрузкой 40 Н.
  5. Отверждение с помощью светодиода (LED) с использованием интенсивности света в обычном режиме 1 000-1 200 мВт/см2 в течение 1-2 с. Удалите излишки цемента, продолжайте использовать свет отверждения на каждой поверхности в течение 20 секунд и оставьте его в универсальной испытательной машине на 5 минут.
  6. Выньте из универсальной испытательной машины и оставьте в дистиллированной воде при температуре 37 °C на 48 часов, чтобы цемент полностью застыл.
  7. Перед тестированием с помощью тонких перманентных маркеров нарисуйте три медиально-латеральные референсные линии (синистральную, центральную и декстральную) и три передне-задние реперентные линии (верхнюю, центральную и нижнюю) разными цветами с помощью тонких перманентных маркеров.

5. Квазистатические механические испытания

  1. Поместите испытательный образец в центр нижней плиты машины для механических испытаний с датчиком силы 5 кН, настроенным для испытания на сжатие.
  2. Поместите шар из нержавеющей стали диаметром 5,5 мм в центральную ямку реставрации на пересечении центральных опорных линий (рис. 5).
  3. Поместите защитное акриловое кольцо вокруг образца и защитный экран от мусора перед испытательной машиной, чтобы ограничить разлетающиеся обломки.
  4. Опустите траверсу вниз почти до полного контакта со стальным шаром и нулевой нагрузки и перемещения.
  5. Применяйте компрессию со скоростью 1 мм/мин до тех пор, пока реставрация не сломается, на что указывает резкое падение нагрузки. Запишите эту загрузку (рис. 5).
  6. После перелома снимите щиток и акриловое кольцо, а также тщательно соберите испытуемый образец и его фрагменты. Цветные линии помогают разместить керамические фрагменты в исходных местах для последующего анализа (Рисунок 5).
  7. Поместите следующий образец для испытаний и выполняйте шаги 5.2-5.6 до тех пор, пока группы не будут завершены.

6. Статистический анализ

  1. Заполните листы Minitab кодами материалов и максимальными значениями нагрузки (N), полученными в ходе эксперимента, в первом и втором столбцах соответственно.
  2. Проведите независимый t-критерий для двух образцов, выбрав Stat | Основные статистические данные | 2-выборка т. Установите уровень достоверности на 95% и предположите равные отклонения.
  3. Создайте график распределения Вейбулла, выбрав Stat | Надежность/Выживание | Анализ дистрибуции (правая цензура) | График идентификатора распределения. Выберите максимальные значения нагрузки в поле Переменная, установите флажки и выберите названия материалов в поле По переменной, укажите распределение как Вейбулла и нажмите OK.
  4. Проведите статистический анализ Вейбулла, выбрав Stat | Надежность/Выживание | Анализ дистрибуции (правая цензура) | Параметрический анализ распределений | Вейбулл | Графики. Выберите график вероятности | Отобразите доверительные интервалы на приведенных выше графиках и нажмите OK.

7. Фрактографический анализ

  1. Для стереомикроскопии установите камеру окуляра и сделайте снимки (20-кратные) аэрофотоснимков образцов с высоты птичьего полета и сбоку с помощью программного обеспечения для стереомикроскопии.
  2. Для сканирующей электронной микроскопии образец разрезают до цементоэмалевого соединения (CEJ), помещают его в ацетоновую ванну в ультразвуковом очистителе, а затем высушивают на воздухе. Золотое покрытие и захват изображений (увеличение 250-300) образцов с высоты птичьего полета и сбоку.

Результаты

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

Расчет размера выборки был выполнен с использованием указанного программного обеспечения, которое сгенерировало размер эффекта 0,39 и предположило минимальный размер выборки n = 13 на группу. Тем не менее, в этом исследовании был выбран размер выборки n = 15, чтобы выявить разницу в 5%. Нулевая гипотеза была отвергнута. Несмотря на большую прочность на изгиб, средние значения максимальной силы нагружения окклюзионных виниров толщиной 1 мм (n = 15 на группу), изготовленных из группы LD (дисиликат лития: 2 727,10 ± 472,41 N), были значительно ниже, чем у группы RNC (нанокерамика смолы: 3 212,80 ± 558,67 N) (p < 0,05). Масштабный параметр или характеристическая прочность (σ) ЛД при вероятности отказа 63,2% несколько ниже, чем у группы НКРЯ. Тем не менее, параметр формы или модуль Вейбулла (m), отображаемый наклоном вероятностного графика (95% ДИ) LD, был аналогичен группе RNC, как показано на рисунке 6, что свидетельствует о том, что оба материала могут обладать схожим распределением внутренних дефектов или дефектов. Все данные представлены в таблице 1.

Стереомикроскопические изображения переломов окклюзионных виниров ЛД и РНК в аэрофотосъемке и сбоку представлены на рисунках 7 и 8 соответственно. Обе тестовые группы изобразили поверхностные кольцеобразные трещины на пересечении центральных опорных линий в центральной ямке. Трещина была, по сути, частью системы конусных трещин Герца, которая широко распространяется в глубокий слой реставраций. Обычно она состояла из внешней трещины (OC), внутренней трещины (IC) и срединной трещины (MC), как показано на Иллюстрации 9. Радиальную трещину, возникающую и распространяющуюся от поверхности цементации, противоположную месту соударения, было трудно идентифицировать из-за тонкости реставраций и характера испытания на хруст коронки. Тем не менее, вторичное разрушение, вызванное растягивающим напряжением, проявляющееся в виде радиальных трещин, может наблюдаться на краевой площади оставшейся реставрации, прикрепленной к мастер-штампам. Фрагменты, показывающие фрактографические особенности направления распространения радиальной трещины от начала вторичной трещины, представлены на рисунке 10. Полные объемные переломы были последовательно локализованы в дистальном аспекте обеих восстановительных групп, за исключением образца в группе RNC, где перелом произошел букколингвально в дистальном аспекте.

Репрезентативные изображения с большим увеличением под сканирующим электронным микроскопом в аэрофотосъемке и сбоку обеих тестовых групп представлены на рисунках 11 и 12. Благодаря пропитке нанокерамических наполнителей массой 80 мас.% в высокосшитую полимерную матрицу массой 20 мас.% поверхности изломов виниров, изготовленных из РНК, имели шероховатый и волокнистый вид, характерный для пластической деформации при пластичных переломах. В отличие от этого, реставрации, сделанные из LD, были разбиты на несколько частей с трещинами, распространяющимися от истоков трещин (FO) в более глубокие слои прямолинейно, с небольшими разрушениями трещин или отклонениями. Кроме того, в некоторых образцах, независимо от типа материала, первоначальная область соударения шара из нержавеющей стали может быть обнаружена в верхней правой области примерно в 1 мм от линии излома. Это показывает, что шар мог соскользнуть в свое конечное положение, когда он не был идеально выровнен по центральной ямке во время сжимающей нагрузки.

figure-results-1
Рисунок 1: Цифровые изображения из стоматологического программного обеспечения для автоматизированного проектирования, показывающие сросшийся раздвоенный корень первого моляра нижней челюсти. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-2
Иллюстрация 2: Фрезерованная мастер-матрица из ламинатного диска из стекловолокна высокого давления с помощью 5-осевого стоматологического фрезерного станка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-results-3
Рисунок 3: Монтаж мастер-штампов. (A) Приспособления изготовлены из печатной нити ПММА. (B) Они надежно размещены в торцевой крышке из ПВХ для стандартизации ориентации и положения аналога зуба. (C) Низковязкую эпоксидную смолу холодного отверждения заливают до цементоэмалированного соединения зубного аналога и оставляют при комнатной температуре не менее чем на 24 часа для схватывания. Сокращения: ПММА = полиметилметакрилат; ПВХ = поливинилхлорид. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-4
Иллюстрация 4: Блоки CAD/CAM после фрезерования и чистовой обработки в соответствии с инструкциями производителя. (A) Дисиликат лития, (B) Нанокерамика смолы. Сокращения: CAD = автоматизированное проектирование; CAM = автоматизированное производство. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-5
Рисунок 5: Квазистатические механические испытания. (А) Шарик из нержавеющей стали толщиной 5,5 мм помещается на центральную ямку реставрации. (B) Образец помещается в центр универсальной испытательной машины с тензодатчиком 5 кН и сжимается с помощью сжимающей пластины со скоростью 1 мм/мин, защищенной акриловым кольцом и защитой от мусора. Выдвижение (мм) и максимальная сила нагрузки (Н) будут записаны в программном обеспечении. (C) Объемные куски разбитых образцов тщательно собираются и возвращаются на исходное место в соответствии с цветными линиями на перманентном маркере. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-6
Рисунок 6: График вероятности Вейбулла максимальной нагрузки при переломе при 95% ДИ между окклюзионными винирами, изготовленными из LD и RNC. Максимальная нагрузка при переломе (N) при 95% ДИ была между окклюзионными винирами, изготовленными из LD (синяя линия) и RNC (красная линия). Параметр формы или модуль Вейбулла (m) представляет собой наклон графика, в то время как параметр масштаба или характеристическая прочность (σ) представляет значение прочности материалов, когда вероятность разрушения составляет 63,2% (зеленая линия). Параметры и подогнанная линия показывают анализ максимального правдоподобия. Сокращения: LD = дисиликат лития; RNC = смоляная нанокерамика. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-7
Рисунок 7: Окклюзионные виниры дисиликата лития под стереомикроскопом (20x). (A) Вид с воздуха; (В) вид сбоку. Масштабные линейки = 2 мм (А), 1 мм (В). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-8
Иллюстрация 8: Нанокерамические окклюзионные виниры из смолы под стереомикроскопом (20x). (A) Вид с воздуха; (В) вид сбоку. Масштабные линейки = 2 мм (А), 1 мм (В). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-9
Рисунок 9: Репрезентативные фрактографические особенности окклюзионных виниров. (A) LD и (B) RNC. Белые стрелки указывают на кольцевую трещину, где произошло первичное разрушение, и распространились от сжатия шара, создавая типичные конусные трещины Герца с внешними конусными трещинами, внутренними конусными трещинами и срединной трещиной. Очаг вторичного разрушения, вызванного растягивающим напряжением, был обнаружен вблизи краевой области. Пунктирные стрелки отмечают направление распространения трещины, где в зависимости от условий съемки также могут быть замечены другие особенности, такие как линии остановки. Масштабные линейки = 2 мм (А), 1 мм (В). Сокращения: LD = дисиликат лития; RNC = смоляная нанокерамика; 1° FO = начало первичного разрушения; 2° FO = начало вторичного разрушения; OC = трещина наружного конуса; IC = трещины внутреннего конуса; MC = срединная трещина; DCP = направление распространения трещины; AL = линии ареста. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-10
Рисунок 10: Репрезентативные фрактографические особенности фрагментов окклюзионных виниров. (A) LD и (B) RNC. Начало вторичного перелома было близко к краю окклюзионного винира. Пунктирные стрелки отмечают направление распространения трещины с другими фрактографическими особенностями, такими как зона тумана, скрученная дуга, линия Валлнера и линия остановки. Масштабные линейки = 1 мм. Сокращения: LD = дисиликат лития; RNC = смоляная нанокерамика; 2° FO = начало вторичного разрушения; DCP = направление распространения трещины; AL = запорные линии; M = зона тумана; TH = скрученная дужка; WL = линия Валлнера. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-11
Рисунок 11: Репрезентативные СЭМ-изображения сломанных окклюзионных виниров LD. (A) Вид с воздуха; (В) вид сбоку. Белая стрелка представляет собой начальное соприкосновение шара из нержавеющей стали. Масштабные линейки = 1 мм. Сокращения: LD = дисиликат лития; SEM = сканирующий электронный микроскоп. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-12
Рисунок 12: Репрезентативные СЭМ-изображения переломов окклюзионных виниров RNC. (A) Вид с воздуха; (В) вид сбоку. Масштабные линейки = 1 мм. Сокращения: RNC = смоляная нанокерамика; SEM = сканирующий электронный микроскоп. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Таблица 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Обсуждение

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

В последние годы минимально инвазивные окклюзионные виниры все чаще привлекают внимание в современной восстановительной стоматологии. Эти реставрации обычно изготавливаются из монолитных CAD/CAM стекломатричных керамических, поликристаллических и гибридных материалов26. Консервативное препарирование зубов, легкость доступа и видимости во время препарирования зубов, снятие оттисков и цементирование, а также сохранение краевой десны были названы преимуществами26,27. В современных рекомендациях рекомендуется толщина 1,5-2,0 мм на опорном выступе и центральной черепной ямке для обеспечения долговечности и механических характеристик28,29. Однако, благодаря благоприятным экспериментальным показателям выживаемости, ультратонкие окклюзионные виниры толщиной 0,7-1,0 мм в настоящее время широко используются в качестве минимально инвазивного реставрационного подхода 26,30,31.

Различия в микроструктурных компонентах и методах обработки могут повлиять на свойства стоматологического материала CAD/CAM, включая физико-механические свойства, оптические свойства, коэффициент теплового расширения (CTE) и химическую растворимость. После механической обработки LD обычно требует термической обработки для превращения метасиликатных кристаллитов в полностью кристаллизованные кристаллы дисиликата лития с прочностью на изгиб ~377 МПа и модулем упругости 67,2 ГПа 32,33,34. В отличие от него, RNC не требовал постобработки и имел прочность на изгиб до 200 МПа и модуль упругости 12,7ГПа34. В нескольких исследованиях было установлено, что значения прочности на изгиб из общих стандартных испытаний с использованием простых размеров не коррелируют с нагрузками на разрушение зубных реставраций с различной сложной морфологией и толщиной 15,16,17.

В этом исследовании сопротивление разрушению окклюзионных виниров диаметром 1 мм, изготовленных из RNC, было выше, чем в группе LD, с результатами, аналогичными предыдущим исследованиям, проведенным с использованием естественных зубов 35,36,37. Более высокая несущая способность этого гибридного материала может быть обусловлена прочностью и упругостью керамических наполнителей и композитной матрицы из смолы, которые позволяют гармонизировать его модуль упругости с дентином (15 ГПа) и аналоговым материалом дентина (16,5 ГПа), улучшая распределение напряжений14,38. Это исследование не включало в расчет моделирование процесса старения и жевания, следовательно, не могло представить долгосрочные значения прочности этих реставраций. Тем не менее, сообщается, что выживаемость окклюзионных виниров, изготовленных из ранней композитной смолы CAD/CAM, выше, чем у LD39,40.

В отличие от стоматологических сплавов, стоматологическая керамика не демонстрирует гауссова или нормального распределения значений прочности из-за вариации распределения размеров дефектов41. Их выход из строя обычно связан с большим количеством дефектов, которое обычно взвешивает частоту отказов в правой части распределения. Таким образом, для подтверждения надежности прочности материала потребуется параметрическая регрессия. Согласно стандарту BS EN 61649: 2008, статистический анализ Вейбулла может быть применен с размером выборки n = 10, но с ограниченной достоверностью42. Для обеспечения статистической надежности и большего количества незначительныхошибок оценки потребуется большой размер выборки, обычно превышающий 20 человек. Материалы с низкими значениями модуля Вейбулла (m) могут выйти из строя или сломаться в широкой области. Напротив, модели с большими значениями с большей вероятностью выйдут из строя в области самых высоких напряжений из-за узкого распределения прочности. Большинство m-значений коммерческой стоматологической керамики находятся в диапазоне от 5 до 15 43, в то время как результат обоих материалов CAD/CAM, использованных в этом исследовании, составляет ~6,7, который может измениться при включении большего количества тестовых образцов.

Будущие стоматологические исследования, когда больше внимания уделяется вопросам биобезопасностии законам о правах человека, могут в большей степени полагаться на материалы-заменители для экспериментальных испытаний in vitro . Это исследование способствует использованию фрезерованного аналога дентина, изготовленного из тканого стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой поверх полиметилметакрилата (ПММА), который имеет более низкую механическую прочность и проблемы с разъединением45. Стеклонаполненный полиамид также был предложен в качестве еще одного заменителя материала для лабораторных экспериментов24. Тем не менее, эти синтетические материалы не могут полностью заменить естественные зубы, несмотря на схожие эластичные свойства и адгезионную способность. Недавнее исследование показало, что коронки из дисиликата лития, сцементированные либо эпоксидным стеклопластиком, либо стеклонаполненным полиамидом, показали более высокую усталостную прочность, чем при склеивании с природным дентином25.

Данное исследование не может сравнивать такие результаты, так как не включало в себя контрольную группу естественных зубов. Тем не менее, при сравнении двух или более различных материалов виниров использование искусственной модели для естественных зубов демонстрирует повышенную повторяемость и не вызывает проблем с подачей, хранением, стерилизацией или передачей заболеваний. Единственной проблемой эпоксидного стеклянного ламината является его поверхностная твердость, которая затрудняет процесс фрезерования, особенно в месте разветвления корня. Упрощение использования одного неанатомического корня с отсутствием периодонтальной связки не изменяет несущих характеристик реставрации46. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью обосновать механические свойства этих материалов-заменителей и их адгезионные свойства с другими реставрационными материалами с помощью различных подходов.

Это исследование также подчеркивает возможность использования нефиксированного шарика из нержавеющей стали в качестве индентора для испытания на монотонное одноосное сжатие. В лабораторных испытаниях использовались несколько типов неподвижных инденторов, в том числе тупые, поршневые, полушариковые и шариковые формы 14,47,48,49,50. Однако они могут создать нежелательное напряжение в одном месте испытуемых материалов. Кроме того, он не моделирует клиническое положение, при котором бугорки антагониста могут смещаться на 0,5 или 1 мм эксцентриком51,52. В отличие от неподвижного индентора, шарик из нержавеющей стали, используемый в этом исследовании, может немного перемещаться к контакту и рассеивать напряжение в центре протеза, предотвращая накопление напряжения на одной наклонной поверхности. Как и в предыдущих исследованиях, фрактографическое исследование показало, что нагрузка на разрушение с монотонным нагружением может быть не в состоянии полностью изобразить систему подповерхностных трещин, происходящую из связующей поверхности, противоположной участку нагружения 6,14. Тем не менее, в этом исследовании подповерхностные радиальные трещины по краям можно было наблюдать в обеих группах реставраций, что указывает на общую неудачу керамического протеза при длительном ежедневном использовании 53,54. Таким образом, внимание к процессу обработки минимально инвазивных протезов имеет важное значение, чтобы не создавать внешних дефектов или дефектов, которые могут усугубить события отказа.

В рамках данного исследования можно сделать вывод, что окклюзионные виниры диаметром 1 мм, изготовленные из нанокерамики смолы CAD/CAM, обладают превосходной стойкостью к излому по сравнению с обычным дисиликатом лития. Тем не менее, оба они продемонстрировали достаточную прочность перелома против произвольной и непроизвольной максимальной силы прикуса и являются перспективными материалами для восстановления боковых зубов по минимально инвазивной схеме. Квазистатические механические испытания в этом исследовании могут дать ключ к разгадке прочности стоматологических реставрационных материалов CAD/CAM, вероятно, на ранней стадии после установки, за счет максимальной несущей способности с клинически значимыми системами трещин. Новые реставрационные материалы, такие как усовершенствованный силикат лития и алюминия (LAS), дисиликат лития, армированный диоксидом циркония (ZLS), и другие аналоговые материалы зубов, могут быть дополнительно исследованы в этой предлагаемой лабораторной обстановке в условиях искусственного старения и моделирования состояний полости рта.

Раскрытие информации

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

У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.

Благодарности

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

Это исследование получило финансирование от факультета стоматологии Университета Махидол, Бангкок, Таиланд. Авторы благодарят доктора Эрику Ди Федерико из Школы инженерии и материаловедения и доктора Томаса Келли из Школы географии Лондонского университета королевы Марии за их экспертный технический вклад и руководство в этой работе.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
3D-печать (SLA)  Formlabs, Сомервилль, Массачусетс, СШАПрограммное обеспечение САПР Form3+
3Shape Dental Designer 3Shape A/S, Копенгаген, Данияпрограммное обеспечение CAD для аналоговых зубов и виниров
5% фтористоводородной кислоты Ivoclar Vivadent, Schaan, LiechtensteinIPS Ceramic Etching Gel
Порошок оксида алюминияRonvig Dental Mfg. A/S, Даугард, Дания
Программное обеспечение для испытаний материалов Bluehill Universal Instron Mechanical Testing Systems, Норвуд, Массачусетс, США
Программное обеспечение CamLabLite Bresser UK Ltd, Кент, ВеликобританияПрограммное обеспечение для стереомикроскопии
Эпоксидная смола холодного отверждения с низкой вязкостью Struers SAS, Шампиньи-сюр-Марн, Франция
Смоляной цемент двойного отверждения 3M, Сент-Пол, Миннесота, СШАRely X Ultimate Adhesive Resin Cement
Окуляр камера ToupTek Photonics Co., Ltd., Ханчжоу, Китай
Диски из стеклопластика высокого давления  (Г10)PAR Group Ltd, Ланкашир, Великобритания
IPS e.max CADIvoclar Vivadent, Шаан, ЛихтенштейнYB54G9/605330Низкая прозрачность, A3, C14
Лабораторный сканер 3Shape A/S, Копенгаген, ДанияD900L
Lava Ultimate3M ESPE, Сент-Пол, Миннесота, США 9541467/3314A3-LTНизкая прозрачность, A3, 14L
Светоизлучающий диодный (LED) отверждающий свет Медицинский инструмент для дятлов, Гуйлинь, Китай
Фрезерный станок VHF camfacture AG, Amnnerbuch, ГерманияVHF S2
Minitab 18 Minitab Inc, Государственный колледж, Пенсильвания, США
nQuery Advisor Версия 9.2.10 Statistical Solutions Ltd., CA, СШАСтатистическое программное обеспечение
Поливинилхлорид торцевая крышка Plastic Pipe Shop Ltd, Стирлинг, Великобритания25 мм X 21,5 мм;
Сканирующий электронный микроскоп Тескан, Брно, ЧехияTescan
Vega Силановая соединительная агент 3M, Сент-Пол, Миннесота, СШАRelyX Керамическая грунтовка
Autodesk Inventor Professional 2024Autodesk, Сан-Франциско, Калифорния, СШАПрограммное обеспечение САПР для зажимного
вакуумного покрытия   Кворум, Восточный Сассекс, ВеликобританияMiniQS Sputter Coater
Stata18 StataCorp LLC, Колледж Стейшн, Техас, США
Стереомикроскоп Carl Zeiss AG, Оберкоче, ГерманияZeiss Stemi 508
Typodont первый моляр нижней челюсти Frasaco GmbH, Теттнанг, ГерманияANA-4 Z3RN-36
Универсальный стоматологический связующий агент   3M, Сент-Пол, Миннесота, СШАУниверсальный клей Scotch Bond
Универсальная испытательная машинаInstron Mechanical Testing Systems, Норвуд, Массачусетс, СШАIntron 5900-84 

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Makhija, S. K., et al. Dentist material selection for single-unit crowns: Findings from the National Dental Practice-Based Research Network. J Dent. 55, 40-47 (2016).
  2. Shenoy, A., Shenoy, N. Dental ceramics: An update. J Conserv Dent. 13 (4), 195-203 (2010).
  3. Anusavice, K. J., Shen, C., Rawls, H. R. Phillips' Science of Dental Materials. 12th Edition, Saunders. , 12th Edition, Saunders. (2013).
  4. Thompson, V. P., Rekow, D. E. Dental ceramics and the molar crown testing ground. J Appl Oral Sci. 12 (spe), 26-36 (2004).
  5. Zhang, Y., Sailer, I., Lawn, B. R. Fatigue of dental ceramics. J Dent. 41 (12), 1135-1147 (2013).
  6. Kelly, J. R. Clinically relevant approach to failure testing of all-ceramic restorations. J Prosthet Dent. 81 (6), 652-661 (1999).
  7. Valandro, L. F., Cadore-Rodrigues, A. C., Dapieve, K. S., Machry, R. V., Pereira, G. K. R. A brief review on fatigue test of ceramic and some related matters in Dentistry. J Mech Behav Biomed Mater. 138, 105607(2023).
  8. Selvaraj, H., et al. Systematic review fracture resistance of endodontically treated posterior teeth restored with fiber reinforced composites- a systematic review. BMC Oral Health. 23 (1), 566(2023).
  9. Josephson, B. A., Schulman, A., Dunn, Z. A., Hurwitz, W. A compressive strength study of an all-ceramic crown. J Prosthet Dent. 53 (3), 301-303 (1985).
  10. Josephson, B. A., Schulman, A., Dunn, Z. A., Hurwitz, W. A compressive strength study of complete ceramic crowns. Part II. J Prosthet Dent. 65 (3), 388-391 (1991).
  11. Bakke, M. Bite force and occlusion. Semin Orthod. 12 (2), 120-126 (2006).
  12. Koc, D., Dogan, A., Bek, B. Bite force and influential factors on bite force measurements: a literature review. Eur J Dent. 4 (2), 223-232 (2010).
  13. Flanagan, D. Bite force and dental implant treatment: a short review. Med Devices (Auckl). 10, 141-148 (2017).
  14. Kelly, J. R., Rungruanganunt, P., Hunter, B., Vailati, F. Development of a clinically validated bulk failure test for ceramic crowns. J Prosthet Dent. 104 (4), 228-238 (2010).
  15. Alghazzawi, T. F. Flexural strengths, failure load, and hardness of glass-ceramics for dental applications. J Prosthet Dent. 128 (3), 512.e1-512.e9 (2022).
  16. Alghazzawi, T. F. Relation of crown failure load to flexural strength for three contemporary dental polymers. Polymers (Basel). 15 (21), 4312(2023).
  17. Alghazzawi, T. F., Janowski, G. M., Eberhardt, A. W. An experimental study of flexural strength and hardness of zirconia and their relation to crown failure loads. J Prosthet Dent. 131 (2), 320-328 (2024).
  18. Peterson, I. M., Pajares, A., Lawn, B. R., Thompson, V. P., Rekow, E. D. Mechanical characterization of dental ceramics by hertzian contacts. J Dent Res. 77 (4), 589-602 (1998).
  19. Johansson, A., Omar, R., Carlsson, G. E. Bruxism and prosthetic treatment: A critical review. J Prosthodont Res. 55 (3), 127-136 (2011).
  20. Reitemeier, B., Hänsel, K., Kastner, C., Weber, A., Walter, M. H. A prospective 10-year study of metal ceramic single crowns and fixed dental prosthesis retainers in private practice settings. J Prosthet Dent. 109 (3), 149-155 (2013).
  21. Marchan, S. M., Joseph Smith, W. A. A Preliminary investigation into the dietary and oral practices associated with fractured teeth and prostheses in a Trinidadian population. J Int Soc Prev Community Dent. 8 (5), 402-408 (2018).
  22. Albelasy, E., Hamama, H. H., Tsoi, J. K. H., Mahmoud, S. H. Influence of material type, thickness and storage on fracture resistance of CAD/CAM occlusal veneers. J Mech Behav Biomed Mater. 119, 104485(2021).
  23. Ladino, L., Sanjuan, M. E., Valdez, D. J., Eslava, R. A. Clinical and biomechanical performance of occlusal veneers: A scoping review. J Contemp Dent Pract. 22 (11), 1327-1337 (2021).
  24. Chen, Y., et al. Which dentine analogue material can replace human dentine for crown fatigue test. Dent Mater. 39 (1), 86-100 (2023).
  25. Dalla-Nora, F., Da Rosa, L. S., Pereira, G. K. R., Valandro, L. F., Rippe, M. P. Is dentin analogue material a viable substitute for human dentin in fatigue behavior studies. J Mech Behav Biomed Mater. 150, 106312(2024).
  26. Ladino, L., Sanjuan, M., Valdéz, D., Eslava, R. Clinical and biomechanical performance of occlusal veneers: A scoping review. J Contemp Dent Pract. 22, 1327-1337 (2022).
  27. Edelhoff, D., Ahlers, M. O. Occlusal onlays as a modern treatment concept for the reconstruction of severely worn occlusal surfaces. Quintessence Int. 49 (7), 521-533 (2018).
  28. Gierthmuehlen, P. C., Spitznagel, F. A., Koschate, M., Bonfante, E. A., Prott, L. S. Influence of ceramic thickness and dental substrate on the survival rate and failure load of non-retentive occlusal veneers after fatigue. J Esthet Restor Dent. 36 (2), 373-380 (2024).
  29. Politano, G., Van Meerbeek, B., Peumans, M. Nonretentive bonded ceramic partial crowns: Concept and simplified protocol for long-lasting dental restorations. J Adhes Dent. 20 (6), 495-510 (2018).
  30. Alghauli, M., Alqutaibi, A. Y., Wille, S., Kern, M. Clinical outcomes and influence of material parameters on the behavior and survival rate of thin and ultrathin occlusal veneers: A systematic review. J Prosthodont Res. 67 (1), 45-54 (2023).
  31. Jurado, C. A., Tsujimoto, A., Molisani, J., Fu, C. C., Sadid-Zadeh, R. Fracture resistance of chairside CAD-CAM lithium disilicate occlusal veneer with various designs after mechanical aging. J Prosthodont. , (2024).
  32. Willard, A., Gabriel Chu, T. -M. The science and application of IPS e.Max dental ceramic. Kaohsiung J Med Sci. 34 (4), 238-242 (2018).
  33. Lawson, N. C., Bansal, R., Burgess, J. O. Wear, strength, modulus and hardness of CAD/CAM restorative materials. Dent Mater. 32 (11), e275-e283 (2016).
  34. Sonmez, N., et al. Evaluation of five CAD/CAM materials by microstructural characterization and mechanical tests: a comparative in vitro study. BMC Oral Health. 18 (1), 5(2018).
  35. Maeder, M., et al. Load-bearing capacities of ultra-thin occlusal veneers bonded to dentin. J Mech Behav Biomed Mater. 95, 165-171 (2019).
  36. Ioannidis, A., et al. Ultra-thin occlusal veneers bonded to enamel and made of ceramic or hybrid materials exhibit load-bearing capacities not different from conventional restorations. J Mech Behav Biomed Mater. 90, 433-440 (2019).
  37. Andrade, J. P., et al. Effect of different computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) materials and thicknesses on the fracture resistance of occlusal veneers. Oper Dent. 43 (5), 539-548 (2018).
  38. Rees, J. S., Jacobsen, P. H. The elastic moduli of enamel and dentine. Clin Mater. 14 (1), 35-39 (1993).
  39. Schlichting, L. H., Maia, H. P., Baratieri, L. N., Magne, P. Novel-design ultra-thin CAD/CAM composite resin and ceramic occlusal veneers for the treatment of severe dental erosion. J Prosthet Dent. 105 (4), 217-226 (2011).
  40. Magne, P., Schlichting, L. H., Maia, H. P., Baratieri, L. N. In vitro fatigue resistance of CAD/CAM composite resin and ceramic posterior occlusal veneers. J Prosthet Dent. 104 (3), 149-157 (2010).
  41. Quinn, J. B., Quinn, G. D. A practical and systematic review of Weibull statistics for reporting strengths of dental materials. Dent Mater. 26 (2), 135-147 (2010).
  42. British Standards Institution. BS61649: Weibull analysis. , British Standards Institution. London. (2009).
  43. Sadighpour, L., Geramipanah, F., Raeesi, B. In vitro mechanical tests for modern dental ceramics. Front Dent. 3 (3), 143-152 (1970).
  44. Constantin, A. Human subject research: International and regional human rights standards. Health Hum Rights. 20 (2), 137-148 (2018).
  45. Zafar, M. S. Prosthodontic applications of polymethyl methacrylate (PMMA): An update. Polymers (Basel). 12 (10), 2299(2020).
  46. Dal Piva, A. O., Tribst, J. P., Borges, A. L., de Melo, R. M., Bottino, M. A. Influence of substrate design for in vitro mechanical testing. J Clin Exp Dent. 11 (2), e119-e125 (2019).
  47. Zhang, Y., Kim, J. W., Bhowmick, S., Thompson, V. P., Rekow, E. D. Competition of fracture mechanisms in monolithic dental ceramics: flat model systems. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 88 (2), 402-411 (2009).
  48. Corazza, P. H., Feitosa, S. A., Borges, A. L., Della Bona, A. Influence of convergence angle of tooth preparation on the fracture resistance of Y-TZP-based all-ceramic restorations. Dent Mater. 29 (3), 339-347 (2013).
  49. Omori, S., Komada, W., Yoshida, K., Miura, H. Effect of thickness of zirconia-ceramic crown frameworks on strength and fracture pattern. Dent Mater J. 32 (1), 189-194 (2013).
  50. Alammari, M. R., Abdelnabi, M. H., Swelem, A. A. Effect of total occlusal convergence on fit and fracture resistance of zirconia-reinforced lithium silicate crowns. Clin Cosmet Investig Dent. 11, 1-8 (2019).
  51. Schuyler, C. H. Freedom in centric. Dent Clin N Am. 13 (3), 681-686 (1969).
  52. Tiwari, B., Ladha, K., Lalit, A., Dwarakananda Naik, B. Occlusal concepts in full mouth rehabilitation: an overview. J Indian Prosthodont Soc. 14 (4), 344-351 (2014).
  53. Skjold, A., Schriwer, C., Gjerdet, N. R., Øilo, M. Fractographic analysis of 35 clinically fractured bi-layered and monolithic zirconia crowns. J Dent. 125, 104271(2022).
  54. Øilo, M., Gjerdet, N. R. Fractographic analyses of all-ceramic crowns: A study of 27 clinically fractured crowns. Dent Mater. 29 (6), e78-e84 (2013).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Quasistatic Mechanical TestingOcclusal VeneersCAD CAM RestorationsMilled Dentin AnalogFracture StrengthResin NanoceramicLithium DisilicateUniversal Testing MachineCompression TestingStereo Microscopy

Похожие статьи