Summary
A fim de compreender o desenvolvimento espacial de estresse de contração de polimerização em restaurações de resina composta-odontológicos, Digital Correlação A imagem foi usada para fornecer-campo cheio de medição de deslocamento / deformação de cavidades de vidro modelo restaurados, correlacionando imagens da restauração tomadas antes e após a polimerização.
Abstract
A contração de polimerização de resinas compostas dentais pode levar ao descolamento restauração ou tecidos dentários em dentes rachados compostas-restaurado. A fim de entender onde e como tensão e estresse de contração desenvolver em tais dentes restaurados, Digital Correlação de Imagem (DIC) foi usado para fornecer uma visão abrangente das distribuições de deslocamentos e deformações em restaurações do modelo que haviam sido submetidos a contração de polimerização.
As amostras com cavidades do modelo foram feitas de hastes de vidro cilíndricos com diâmetro e comprimento sendo 10 mm. As dimensões da cavidade mesial oclusal-distal (MOD) preparado em cada amostra medida a 3 mm e 2 mm de largura e de profundidade, respectivamente. Após o preenchimento da cavidade com resina composta, a superfície sob observação foi pulverizado com o primeiro uma fina camada de tinta branca e fina de carvão vegetal em pó preto para criar manchas de alto contraste. Fotos de superfície que foram levados antes de curar e 5 min depois. Fifinalmente, as duas imagens foram correlacionados utilizando software DIC para calcular as distribuições de deslocamentos e deformações.
O composto de resina encolhida na vertical para o fundo da cavidade, com a parte superior central da restauração tendo o maior deslocamento para baixo. Ao mesmo tempo, é diminuído horizontalmente no sentido da sua linha média vertical. O encolhimento do compósito estirado do material na proximidade do "dente-restauração" interface, resultando em desvios de cúspide e estirpes de elevada resistência à tracção em torno da restauração. Material próximo às paredes da cavidade ou andar tinha cepas diretos principalmente nas direções perpendiculares às interfaces. Soma das duas componentes de tensão directa mostrou uma distribuição relativamente uniforme em torno da restauração e a sua magnitude aproximadamente igualada à estirpe contracção volumétrica do material.
Introduction
Resinas compostas são amplamente utilizados em odontologia restauradora estética por causa de seus superiores e propriedades de manipulação. No entanto, apesar de ser ligado aos tecidos dentários, a contração de polimerização de resinas compostas permanece uma preocupação clínica como o estresse de contração desenvolvida pode causar descolamento na interface dente-restauração 1 -2. Consequentemente, as bactérias podem invadir e residem nas áreas falhadas e resultar em cáries secundárias. Por outro lado, se a recuperação é também ligado ao dente, a tensão de contracção pode provocar fissuras nos tecidos dos dentes. Qualquer uma dessas falhas vai pôr em perigo a vida de serviço da restauração dentária, a qual irá ser submetido a um grande número de ciclos de carga térmica e mecânica.
A medição da tensão de contração de polimerização e estresse tornou-se assim indispensável no desenvolvimento e avaliação de resinas compostas dentais 3-4 5-11 com o objetivo principal de fornecer uma configuração simples para medir o comportamento de encolhimento de materiais compósitos de resina de forma confiável. Enquanto as medições que fornecem pode ser suficiente para comparar os comportamentos de retracção de diferentes materiais, eles não ajudar na compreensão de como e onde o stress encolhimento desenvolve em dentes restaurados reais. Especificamente, uma questão de grande interesse é a forma como as paredes da cavidade restringir o encolhimento de compósitos e leva à criação de estresse de contração em restaurações dentárias 12. Note-se que, para criar tensão de contração, parte da tensão de encolhimento do compósito de resina tem de ser convertida em tensão de tracção elástica. Por conseguinte, seria útil se este componente da estirpe na restauração pode ser medido. Recentemente, a medição da tensão-técnica óptica de campo total, digital de correlação de imagem (DIC), foi aplicado para a medição de shrinka livrege de resinas compostas, bem como o fluxo de materiais em restaurações dentárias 13-15. A ideia básica da DIC é controlar e correlacionar padrões visíveis sobre a superfície da amostra a partir de imagens sequenciais realizadas durante a sua deformação em que o deslocamento e os campos de deformação sobre a superfície pode ser determinada. Medição de campo total é uma das principais vantagens do método de DIC, que é especialmente útil em observar a deformação não uniforme e os padrões de deformação 13. Neste estudo, o DIC foi usado para descobrir os padrões de tensão em restaurações de resina composta dental, com o objetivo de compreender o desenvolvimento da tensão de contração e identificar locais potenciais para a descolagem. Esta informação não está disponível diretamente nas obras citadas acima 14-15, que só medem o deslocamento da restauração, devido à contração de polimerização. A medição foi realizada por meio de modelos que simulavam dentes com mesial-oclusal-distal (MOD) cárie dentária como uma tentativa de réplicate o estresse ou tensão em restaurações dentárias reais. Embora o uso de dentes real é anatomicamente mais representativa, a desvantagem de que são as diferenças inerentes significativas entre os dentes em anatomia, propriedades mecânicas, grau de hidratação, bem como a defeitos internos invisíveis 14 que resultam em grandes variações nos resultados. Para superar essa desvantagem, alguns estudos têm tentado padronizar as amostras de dentes, agrupando-os em termos de tamanho 16 ou bucal substituiu os dentes em conjunto com modelos de um material substituto 17. Por exemplo, modelos de alumínio que têm um módulo de Young semelhante ao esmalte (69 e 83 GPa, respectivamente) têm sido utilizados na medição da tensão de encolhimento, com o nível de tensão de encolhimento ser indicada pela deformação de cúspide 17. Neste estudo, os modelos de vidro de sílica (cavidades) foram usados em vez porque o material também tem um módulo de Young semelhante (63 GPa) de esmalte humano e, como é transparenteent, qualquer descolamento ou rachaduras nas amostras pode ser facilmente observado.
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Protocol
Nota: Três resinas compostas dentais foram estudados usando as cavidades de vidro: Z100, Z250 e LS, conforme listado na Lista de Materiais. Entre eles, LS é conhecido por ser um compósito de resina de baixo encolhimento com uma contracção volumétrica de cerca de 1,0%, muito menor do que os da Z250 e Z100 (~ 2% e -2,5%, respectivamente), 18-19. O equipamento e materiais usados neste estudo são também apresentados na Lista de Materiais.
1. Modelo Preparação da Cavidade
- Corte um bastão de vidro cilíndrico de comprimento, 10 mm de diâmetro, em 10 mm de comprimento hastes curtas usando uma serra de diamante de baixa velocidade.
- Corte um (MOD) cavidade-oclusal-distal mesial (Figura 1), medindo 3 mm (largura) x 2 mm (profundidade) em cada amostra utilizando uma serra de diamante de baixa velocidade adaptado.
- Polir para baixo cada espécime cilíndrico para criar uma superfície plana perpendicular ao comprimento da cavidade, com as dimensões conforme mostrado na Figura 1. A superfície plana permite preciso focusing e calibração da imagem sobre a restauração. Daqui em diante, será denominado superfície da observação.
- Preparar três amostras para cada um dos três materiais testados: Z100, Z250 e LS; consulte a tabela de materiais.
2. Preenchimento da cavidade com resina composta
- Aplicar uma fina camada de cerâmica Primer com uma escova para silanizadas todas as superfícies da cavidade de vidro. Isto permite que a ligação entre as superfícies de vidro e as resinas compostas.
- Depois de cerca de 1 min, aplicar uma fina camada de adesivo. Utilize o sistema de LS Adesivo para LS compósitos e Adper Single Bond Plus composta Z100 e Z250.
- Cure o adesivo com uma luz de cura e duração (10-20 seg) com base nas instruções do fabricante (tabela de materiais).
- Cobrir todas as superfícies de vidro circundantes da restauração com fita preta, excepto a superfície de observação, tal como mostrado na Figura 2. O objectivo é evitar a luz de atingir o curaresina composta através do vidro transparente ao redor, o que não acontece em dentes reais.
- Bulk-preencher a cavidade com resina composta e raspe todo o excesso para achatar todas as superfícies.
3. Pintura de Superfície
- Borrife uma fina camada de tinta branca sobre a superfície da observação, que agora inclui parte da resina composta.
- Polvilhe um pouco de pó de carvão vegetal imediatamente fina preta sobre a pintura para criar manchas de alto contraste. As formas irregulares das manchas ajudará o software DIC para identificá-los e acompanhar seus movimentos.
4. Amostra de montagem, de cura, e Fotografar
- Fazendo referência à Figura 2, colocar uma amostra de (E) para o suporte (C) e apertá-lo com um parafuso (D). Em seguida, colocar toda a unidade, no final de um grande feixe horizontal.
- Fixar uma câmera CCD e uma iluminação LED luz amarela para o mesmo feixe de tal forma que eles enfrentam o OBSERVAÇÕEn superfície.
- Usando um suporte com braçadeiras ajustáveis, posicione a luz de cura de tal forma que sua ponta é de cerca de 1 mm acima da amostra.
- Tire uma foto do corpo de prova para fornecer a imagem de referência antes da cura.
- Cure a resina composta por 20 s.
- Tirar outra foto, a 5 min após a cura.
- Coloque um bloco de calibração na mesma posição como a superfície de observação e tirar uma foto. O bloco de calibração contém uma matriz de pontos circulares com um tamanho e espaçamento precisamente conhecida.
5. Image Analysis Software com DIC
- Importe as duas fotos tiradas para cada amostra, uma antes e outra após a cura, para o software DIC.
- Calibrar as dimensões das imagens e para corrigir a distorção da imagem utilizando a imagem do bloco de calibração. .
- Definir a área de interesse dentro da superfície de observação para análise.
- Definir o tamanho das janelas quadradas de subconjunto como 64 x 64 pixels para oprimeira iteração e 32 x 32 pixels para a segunda iteração 20. Definir a sobreposição de 50%.
- Correlacionar a imagem obtida após a cura da imagem de referência tomado antes da cura para calcular as distribuições de deslocamentos e deformações com.
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Representative Results
Três amostras foram testadas para cada material. Após cada teste, a amostra foi examinada por olhos ou, se necessário, usando um microscópio. No descolamento evidente na interface "dente-restauração" ou craqueamento foi encontrado.
A resolução das imagens foi 1.600 x 1.180 pixels com um tamanho de pixel de 5,8 mm. Com um tamanho de janela subconjunto de 32 pixels, a resolução espacial das distribuições de deslocamento era de cerca de 186 milímetros.
A Figura 3 mostra um gráfico típico de vectores de deslocamento de uma restauração curados feitos com Z250. As amostras com as outras resinas compostas produzido plotagens de deslocamento similares. Pode ver-se que o compósito de resina encolhida na direcção do fundo da cavidade e a porção superior central da restauração teve o maior deslocamento para baixo. Esse deslocamento para baixo gradualmente reduzida com a profundidade no interior da restauração. Ao mesmo tempo, o composto de resina contractéd horizontal na direcção da linha média vertical da restauração, onde o deslocamento horizontal foi zero.
A trama de tensão horizontal, Figura 4A, mostra as concentrações de tensão alta resistência ao longo das duas verticais interfaces "dente-restauração". Do mesmo modo, uma concentração de tensão de tracção vertical pode ser visto na interface inferior na Figura 4B. Na restauração, a tensão não foi uniforme. Maior contracção estirpe horizontal foi encontrada adjacente às duas paredes laterais verticais, assim como na parte superior da restauração (Figura 4A), ao passo que a contracção vertical, estirpe aumentou gradualmente ao longo da profundidade da cavidade (Figura 4B). No entanto, quando os dois componentes de tensão diretos foram somados juntos, o que é chamado no plano total de deformação direto aqui, uma distribuição relativamente uniforme de tensão de contração dentro da restauração pode ser visto; Figura 4C. Similarly, uma faixa de concentração de tensão tensão relativamente uniforme pode ser visto em torno da restauração.
Para avaliar a concentração de tensão em mais detalhes, os valores de deslocamento e deformação foram ainda extraída a partir dos resultados de um DIC Z250 amostra ao longo de uma linha horizontal a meio da profundidade da restauração, como ilustrado na Figura 5. Azul O anti-simétrica tracejada curva mostra o deslocamento horizontal, de que os valores máximos e mínimos de cerca de 2 mm e 1 mm, respectivamente, representaram os desvios das cúspides esquerda e direita. Os valores positivos representaram deslocamentos rightward e valores negativos deslocamentos para a esquerda. Assim, a cúspide esquerda mudou-se para a direita e à beira direita para a esquerda. Houve um aumento acentuado deslocamento nas interfaces em ambos os lados da cavidade, que chegou a uma curta distância para a restauração. Com novo aumento de distância, a magnitude dos deslocamentos diminuiu acentuadamente echegar a zero a cerca de meio a largura da cavidade, em que o plano de anti-simetria leigos. A curva sólida vermelha mostra a tensão horizontal ao longo da mesma linha horizontal. Pode ser visto que a pressão sobre a maioria da superfície do vidro foi de cerca de zero. Correspondendo aos deslocamentos com magnitudes de pico nas interfaces são dois picos de tensão de tração, com valores de cerca de 1,7% e 1,5% do lado esquerdo e direito, respectivamente. Dentro da restauração, uma estirpe de contracção relativamente constante de cerca de 0,5% pode ser visto.
A Figura 6 mostra a média no plano deformação total directa de três compósitos de resina ao longo da mesma linha horizontal. LS produzida a menor tensão no plano total de contracção de cerca de 1% na restauração, seguido por Z250, com um valor de cerca de 2% e, em seguida, Z100, com um valor de cerca de 2,5%. Estas tensões de contração totais no plano das três resinas compostas foram aproximadamente iguais às suas cepas de contração volumétrica 18-19. Os três materiais testados apresentaram concentrações de tensão de deformação semelhantes nas interfaces, sendo estes em torno de 1%.
Figura 1. Dimensões do modelo de vidro com uma cavidade de MOD e a superfície de observação.
. Figura 2 Aparelhos para medição da deformação encolhimento consiste em: A) suporte da câmera CCD, B) luz de iluminação LED amarelo, C) da amostra, D) apertando o parafuso, e E) espécime cavidade vidro.
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Figura 3. Vectores de deslocamento de um espécime típico cheias com compósito Z250. As linhas tracejadas indicam os limites da cavidade.
Figura 4 Coe distribuições na superfície da observação, mostrando a tensão de contração na restauração e concentração de tensão de tração ao longo do "dente-restauração" Interface: a.) Tensão horizontal (EE); B) tensão vertical (Eyy) e C) no plano tensão total direto (EE + Eyy). As linhas tracejadas indicam os limites da cavidade. Clique aqui para view uma versão maior desta figura.
Figura 5. Deslocamento horizontal e deformação ao longo da linha horizontal a meia altura da cavidade obtida a partir de uma amostra Z250. A área sombreada indica a posição da cavidade.
Figura 6. In-plane deformação total direto para os três compostos testados ao longo da linha horizontal em profundidade cavidade no meio.
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Discussion
O uso de cavidades de vidro com a mesma forma e dimensões para a medição da tensão de encolhimento foi para minimizar a variação nos resultados devido a diferenças no tamanho, a anatomia e as propriedades do material dos dentes humanos naturais. Além disso, o vidro de sílica fundida usada neste estudo tem um módulo de Young semelhante ao esmalte, tornando-o um material de simulador adequada para dentes naturais, na medida do comportamento mecânico está em causa 21-22. Embora em restaurações dentárias reais, o compósito é geralmente ligado à dentina, em vez de esmalte, e existe uma diferença de rigidez entre os dois tecidos de dentes, não se espera que a distribuição de tensão obtido com um modelo de dente mais macio a ser muito diferentes em termos de seu padrão, mesmo que os valores podem ser diferentes. Com a aplicação de um iniciador de cerâmica e um adesivo apropriado, foi assegurado forte ligação entre o composto de resina e as paredes da cavidade, de vidro, permitindo que o stress encolhimento para desenvolver totalmente na especihomens sem descolamento da restauração. De facto, a força de ligação entre o vidro e resina se acreditava ser mais elevada do que a resistência à fractura do vidro, porque fissuras tinham sido encontradas em algumas amostras de vidro, principalmente cheios com Z100, quando estavam a ser utilizadas as cavidades maiores. A mesma observação foi feita por outros pesquisadores 12.
A fina camada de tinta pulverizada sobre a superfície do compósito de resina poderia dificultar o fluxo do material de encolhimento e, devido à sua rigidez finito. Portanto, um cuidado especial foi tomado para evitar o excesso de pintura de superfície da resina composta. A tinta foi pulverizada suavemente a uma distância a partir de cima para permitir que a névoa de finas caem sobre a superfície do espécime, formando disperso, em vez de irregular, mosqueado. O pó fino de carvão vegetal que mais tarde foi aspergido sobre também consistia de partículas soltas que eram susceptíveis de impedir o movimento da resina composta.
O tamanho das manchas na superfície de observação, em conjunto com o tamanho da janela subconjunto, é importante para a exactidão do resultado DIC. Alguns estudos concluíram que o tamanho salpico deve ser de alguns pixels de modo a que o erro de correlação é baixo 23. Neste estudo, com uma resolução de imagem de 5,8 mM, o tamanho salpico deve, portanto, ser ~ 30 mM. Isto foi conseguido com a fina camada de tinta branca e em pó fino de carbono, como descrito acima. A seleção de um tamanho de janela subconjunto adequado neste estudo foi feito de acordo com as referências 23-24, e alguns ensaios foram realizados antes do tamanho de 32 x 32 pixels foi selecionado. Maiores janelas subconjunto ajudar a reduzir os erros aleatórios, pois eles contêm mais padrões para combinar entre as imagens, assim, efetivamente reduzindo as incertezas no processo de 23,25. No entanto, o custo da utilização de grandes janelas subconjunto é a perda de detalhes mais finos dentro dom. Portanto, desde que o erro de correlação é aceitável, um pequeno tamanho de janela é sempre desejada, particularmente quando o mapa de deslocamento / deformação é altamente não-uniforme e a deformação local é de interesse. A seleção de um tamanho ideal janela subconjunto é geralmente determinada pela experiência ou através de tentativas e erros. O software Davis 7.2 permite a utilização de até duas interrogações para uma única correlação, o que significa que um maior tamanho da janela subconjunto pode ser usado para obter um primeiro campo de deslocamento áspera mas menos ruidoso e, em seguida, a redução da dimensão da janela subconjunto pode ser usado para dar um campo de deslocamento mais detalhada, mas mais ruidoso.
Note-se que a tensão medida no composto de resina foi a estirpe de líquido, que inclui a tensão elástica, de deformação e redução de tensão. Por conseguinte, o padrão de deformação na restauração dentária curado dependeu fortemente a restrição das paredes da cavidade, assim como o encolhimento e o fluxo doresina composta. Por outro lado, o vidro circundante apenas deformado elasticamente. As estirpes de vidro quase zero eram devido ao seu elevado módulo de elasticidade. Note-se também que a tensão é o gradiente ou taxa de variação do deslocamento. Por causa da restrição, o material de perto as interfaces tinha movimento muito limitado, o que resulta em rápida evolução de deslocamentos e, assim, não há tensões elevadas. Em contraste, grandes deslocamentos de material ocorreu na superfície de topo livre da restauração, mas com muito baixas tensões devido aos gradientes de baixa cilindrada. À medida que o gradiente de deslocamento segue a direcção da restrição, a direcção da deformação que resulta igualmente da restrição. Por exemplo, as estirpes de perto do chão de cavidade foram mais na direcção vertical do que na direcção horizontal, como mostrado na Figura 4B, porque a restrição foi principalmente na direcção vertical. Por outro lado, as estirpes de perto as paredes laterais eram mais no di horizontalrecção do que na direcção vertical, como mostrado na Figura 4A. Figura 6 mostra que os em-plano total de estirpes directos na restauração para os três materiais testados foram perto das suas estirpes de contração volumétrica, o que implica que a retracção para fora do plano tensão era quase zero ea deformação elástica era muito pequena. Como esperado, produziu o menor LS estirpe contracção total plano, seguido por Z250 e Z100 em seguida, (ver tabela de Materiais).
Cepas de tração foram claramente visto ao longo das interfaces "dente-restauração". A razão para isso foi que o encolhimento do compósito de resina tende a puxar o material longe das paredes da cavidade e no chão. Porque o material foi constrangido, ele acabou sendo esticado, resultando em uma tensão de tração. No entanto, a magnitude da tensão de tração calculado pode não ser precisa devido a erros numéricos na derivação de linhagens de um rapociosamente mudar campo de deslocamento. Na análise de correlação de imagem, apenas um vetor deslocamento pode ser obtido em cada janela subconjunto. Portanto, o deslocamento através de duas janelas adjacentes de subconjunto pode aparecer como um grande salto na curva de deslocamento. Quando estirpe foi obtida a partir da diferenciação de deslocamento, estes grandes saltos de deslocamento pode dar origem a valores elevados de tensão irrealista. Além disso, a distribuição da tensão deverá ser descontínua, entre as interfaces devido a uma diferença nas propriedades elásticas. Isso também é esperado a partir da abrupta mudança no gradiente do deslocamento nas interfaces. No entanto, como os subconjuntos nas interfaces incluídos tanto de vidro e resina, os deslocamentos e tensões não foram calculados valores médios entre as duas regiões, e, por conseguinte, parecia ser liso. Interpolação linear entre os valores de pontos de amostragem discretos vizinhos deram a continuidade aparente. Imagens em alta resolução será requivermelho para melhorar a precisão das medições de deformação.
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Disclosures
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Acknowledgments
Este estudo foi apoiado pelo Centro de Minnesota Dental Research de Biomateriais e Biomecânica (MDRCBB).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dental composite Z100 | 3M ESPE | N362979 | volume shrinkage ~ 2.5%, Young's modulus ~ 14 GPa |
| Dental composite Z250 | 3M ESPE | N326080 | volume shrinkage ~ 2.0%, Young's modulus ~ 11 GPa |
| Dental composite LS | 3M ESPE | N240313 | volume shrinkage ~ 1%, Young's modulus ~ 10 GPa |
| Ceramic Primer | 3M ESPE | N167818 | Rely X |
| LS System Adhesive | 3M ESPE | N391675 | Adhesive for compoiste LS |
| Adper Single Bond Plus | 3M ESPE | 501757 | Adhesive for compoiste Z100 and Z250 |
| Glass rod | Corning Inc. | Pyrex 7740 borosilicate | |
| Curing light | 3M ESPE | Elipar S10 | |
| White paint | Krylon Product Group | Indoor/Outdoor, Flat white | |
| Charcoal powder | Sigma Aldrich, Co. | BCBH6518V | Fluka activated charcoal |
| CCD camera | Point Grey Research, Inc. | Point Grey Gras-20S4C-C |
References
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