Contracción de Dental Composite en Simulado Cavidad Medido con Correlación Digital de Imágenes

Summary

Con el fin de entender el desarrollo espacial de la tensión de contracción de polimerización en restauraciones de composite de resina dental, se utilizó la correlación digital de imagen para proporcionar de campo completo de medición de desplazamiento / deformación de las cavidades de vidrio modelo restaurados mediante la correlación de las imágenes de la restauración se toma antes y después de la polimerización.

Abstract

Polimerización contracción de las resinas compuestas dentales puede conducir a la desunión restauración o los tejidos del diente fisurado en dientes compuestos restaurado. Para entender dónde y cómo la tensión y la tensión de contracción desarrollar en tales dientes restaurados, se utilizó imágenes digitales de correlación (DIC) para proporcionar una visión completa de las distribuciones de desplazamiento y deformación dentro de las restauraciones de modelos que se habían sometido a la contracción de polimerización.

Las muestras con cavidades modelo se hicieron de varillas de vidrio cilíndricos con diámetro y longitud que es 10 mm. Las dimensiones de la cavidad-mesial-distal oclusal (MOD) preparado en cada muestra miden 3 mm y 2 mm de ancho y la profundidad, respectivamente. Después de llenar la cavidad con resina compuesta, la superficie bajo observación se pulverizó con primero una fina capa de pintura blanca y luego polvo fino de carbón negro para crear motas de alto contraste. Imágenes de esa superficie fueron entonces tomadas antes del curado y 5 min después de la. FiFinalmente, las dos imágenes se correlacionaron utilizando software de CID para calcular las distribuciones de desplazamiento y deformación.

El compuesto de resina se contrajo verticalmente hacia la parte inferior de la cavidad, con la parte central superior de la restauración que tiene el mayor desplazamiento hacia abajo. Al mismo tiempo, se encogió horizontalmente hacia su línea media vertical. La contracción del material compuesto estira el material en las proximidades de la interfaz de "diente-restauración", resultando en desviaciones de las cúspides y las tensiones de tracción elevadas alrededor de la restauración. Material cerca de las paredes de la cavidad o piso tenía cepas directos en su mayoría en las direcciones perpendiculares a las interfaces. La suma de los dos componentes directos cepa mostró una distribución relativamente uniforme alrededor de la restauración y su magnitud igualó aproximadamente a la cepa de la contracción volumétrica del material.

Introduction

Resinas compuestas son ampliamente utilizados en la odontología restauradora, debido a su estética superior y propiedades de manejo. Sin embargo, a pesar de estar en condiciones de servidumbre a los tejidos de los dientes, la contracción de polimerización de las resinas compuestas sigue siendo una preocupación clínica como la tensión de contracción desarrollada puede causar desunión en la interfase diente-restauración ^{1 -2.} En consecuencia, las bacterias pueden invadir y residir en las zonas fallidas y dar lugar a caries secundaria. Por otro lado, si la restauración está bien adherido al diente, la tensión de contracción puede causar grietas en los tejidos de los dientes. Cualquiera de estos fracasos se ponga en peligro la vida de servicio de la restauración dental, que se somete a un gran número de ciclos de carga térmica y mecánica.

De este modo de medición de la tensión de contracción de polimerización y el estrés se ha convertido en indispensable en el desarrollo y evaluación de las resinas compuestas dentales ^3-4 5-11 con el propósito principal de proporcionar una configuración simple para medir el comportamiento de contracción de los materiales compuestos de resina de forma fiable. Si bien las mediciones que proporcionan pueden ser suficientes para comparar los comportamientos de contracción de diferentes materiales, que no ayudan en la comprensión de cómo y dónde la tensión de contracción se desarrolla en los dientes restaurados reales. En concreto, una cuestión de gran interés es la forma en las paredes de la cavidad limitan la contracción de los composites y conduce a la creación de tensión de contracción en las restauraciones dentales ^12. Tenga en cuenta que, para crear tensión de contracción, parte de la cepa de la contracción del material compuesto de resina tiene que ser convertido en la cepa elástico a la tracción. Por tanto, sería útil si este componente de la cepa en la restauración se puede medir. Recientemente, la técnica óptica de medición de la tensión de campo completo, de correlación de imágenes digital (DIC), se ha aplicado a la medición de shrinka librege de compuestos de resina, así como el flujo de materiales en las restauraciones dentales ^13-15. La idea básica de la CID es para rastrear y correlacionar patrones visibles sobre la superficie de la muestra a partir de imágenes secuenciales tomadas durante su deformación mediante el cual el desplazamiento y campos de deformación sobre la superficie que se pueden determinar. Medición de campo completo es una de las principales ventajas del método de la CID, que es especialmente útil en la observación de la deformación no uniforme y patrones de tensión ^13. En este estudio, DIC fue utilizado para descubrir los patrones de cepas en las restauraciones de composite de resina dental, con el objetivo de comprender el desarrollo de la tensión de contracción y la identificación de sitios potenciales para la desunión. Esta información no está disponible directamente en los trabajos citados más arriba ^14-15, que sólo miden el desplazamiento de la restauración debido a la contracción de polimerización. La medición se llevó a cabo usando modelos que simulan los dientes con (MOD) caries mesial-oclusal-distales como un intento de réplicate El estrés o tensión en las restauraciones dentales reales. Aunque el uso de los dientes real es más anatómicamente representante, la desventaja de que es las diferencias inherentes significativas entre los dientes en la anatomía, propiedades mecánicas, grado de hidratación, así como defectos internos invisibles ¹⁴ que se traducen en grandes variaciones en los resultados. Para superar este inconveniente, algunos estudios han tratado de normalizar las muestras de dientes, agrupándolos en función del tamaño bucal ¹⁶ o reemplazado los dientes en conjunto con modelos de un material sustituto ^17. Por ejemplo, los modelos de aluminio que tienen un módulo de Young similar a esmalte (69 y 83 GPa, respectivamente) se han empleado en la medición de tensión de contracción, con el nivel de tensión de contracción está indicado por la deflexión cúspide ^17. En este estudio, se utilizaron modelos de vidrio de sílice (cavidades) en lugar debido a que el material también tiene un módulo de Young similar (63 GPa) al esmalte humano y, ya que es transparenteent, cualquier pérdida de adherencia o formación de grietas en las muestras puedan ser rápidamente.

Protocol

Nota: Tres resinas compuestas dentales fueron estudiadas a través de las cavidades de vidrio: Z100, Z250 y LS, que se enumeran en la Lista de Materiales. Entre ellos, LS es conocido por ser un compuesto de resina de baja contracción con una contracción volumétrica de alrededor de 1,0%, mucho más bajos que los de Z250 y Z100 (~ 2 ~% y 2,5%, respectivamente) ^18-19. El equipo y otros materiales utilizados en este estudio también se dan en la Lista de Materiales.

1. Modelo de Preparación de la cavidad

1. Cortar una larga vara cilíndrica de vidrio, de 10 mm de diámetro, a 10 mm de longitud varillas cortas utilizando una sierra de diamante de baja velocidad.
2. Corte un (MOD)-cavidad oclusal mesial-distal (Figura 1) de medición de 3 mm (anchura) x 2 mm (profundidad) en cada muestra usando una sierra de diamante de baja velocidad adaptada.
3. Polaco abajo de cada muestra cilíndrica para crear una superficie plana perpendicular a la longitud de la cavidad, con dimensiones como se muestra en la Figura 1. La superficie plana permite precisa FOtrándose y calibración imagen en la restauración. De aquí en adelante, se llamará la superficie de observación.
4. Preparar tres muestras para cada uno de los tres materiales probados: Z100, Z250 y LS; ver tabla de Materiales.

2. Cavidad de relleno con composite

1. Aplicar una fina capa de cerámica Primer con un pincel para silaniza todas las superficies de la cavidad de cristal. Esto permite la unión entre las superficies de cristal y las resinas compuestas.
2. Después de aproximadamente 1 minuto, aplique una fina capa de adhesivo. Utilizar el sistema LS LS Adhesivo para compuestos y Adper Single Bond Plus para composite Z100 y Z250.
3. Curar el adhesivo con una lámpara de polimerización y la duración (10-20 seg) en base a las instrucciones del fabricante (tabla Materiales).
4. Cubrir todas las superficies de cristal que rodean la restauración con cinta negro, excepto la superficie de observación, como se muestra en la Figura 2. El propósito es evitar la luz de curado de llegar a laresina compuesta a través del cristal transparente que rodea, lo que no ocurre en los dientes reales.
5. Bulk-llenar la cavidad con resina compuesta y raspar el exceso de acoplar todas las superficies.

3. Pintura de superficie

1. Pulverizar una fina capa de pintura blanca sobre la superficie de observación, que ahora incluye parte del compuesto de resina.
2. Espolvorear un poco de polvo de carbón vegetal de inmediato fino de color negro en la pintura para crear manchas de alto contraste. Las formas irregulares de las motas ayudarán al software DIC identificarlos y realizar un seguimiento de sus movimientos.

4. Montaje de la muestra, que cura, y Fotografía

1. Haciendo referencia a la Figura 2, colocar una muestra (E) en el soporte (C) y apriete con un tornillo (D). A continuación, colocar toda la unidad en el extremo de una viga horizontal grande.
2. Asegure una cámara CCD y una luz amarilla LED de iluminación en el mismo haz de tal forma que se enfrentan a la observacionaln superficie.
3. El uso de un soporte con abrazaderas ajustables, coloque la luz de curado de tal manera que su punta es de aproximadamente 1 mm por encima de la muestra.
4. Tome una fotografía de la muestra para ofrecer la imagen de referencia antes del curado.
5. Curar el compuesto de resina durante 20 segundos.
6. Tome otra fotografía a los 5 min después del curado.
7. Coloque un bloque de calibración en la misma posición que la superficie de observación y tomar una foto. El bloque de calibración contiene una matriz de puntos circulares con tamaño y la separación conocida con precisión.

5. Análisis de imágenes con CID Software

1. Importe las dos imágenes tomadas para cada muestra, una antes y otra después del curado, en el software de la CID.
2. Calibrar las dimensiones de las imágenes y corregir la distorsión de imagen usando la imagen de el bloque de calibración. .
3. Definir el área de interés dentro de la superficie de observación para el análisis.
4. Definir el tamaño de las ventanas de subconjuntos cuadrados como 64 x 64 píxeles para laprimera iteración y 32 x 32 píxeles para la segunda iteración ^20. Definir la superposición de un 50%.
5. Relacionar la imagen tomada después de la curación de la imagen de referencia se toma antes de curar para calcular las distribuciones de desplazamiento y deformación con.

Representative Results

Tres muestras se ensayaron para cada material. Después de cada prueba, el espécimen fue examinado por ojos o, si es necesario, usando un microscopio. No se encontró la desunión evidente en la interfaz o cracking "diente-restauración".

La resolución de las imágenes era 1600 x 1180 píxeles con un tamaño de píxel de 5,8 mm. Con un tamaño de ventana subconjunto de 32 píxeles, la resolución espacial de las distribuciones de desplazamiento fue de alrededor de 186 mm.

La Figura 3 muestra un gráfico típico de los vectores de desplazamiento de una restauración curado elaborado con Z250. Las muestras con los otros compuestos de resina producen trazados de desplazamiento similares. Se puede observar que el compuesto de resina reducido hacia la parte inferior de la cavidad y la parte central superior de la restauración tenido el mayor desplazamiento hacia abajo. Tal desplazamiento hacia abajo reduce gradualmente con la profundidad dentro de la restauración. Al mismo tiempo, el compuesto de resina Contratod horizontalmente hacia la línea media vertical de la restauración en el que el desplazamiento horizontal fue de cero.

La trama de la tensión horizontal, la figura 4A, muestra las concentraciones de tensión de alta tensión a lo largo de las dos interfaces verticales "diente-restauración". Del mismo modo, una concentración de deformación por tracción vertical puede ser visto en la interfaz inferior en la Figura 4B. Dentro de la restauración, la cepa no fue uniforme. Superior cepa contracción horizontal se encuentra adyacente a las dos paredes laterales verticales, así como en la parte superior de la restauración (Figura 4A), mientras que la cepa contracción vertical, aumentó gradualmente a lo largo de la profundidad de la cavidad (Figura 4B). Sin embargo, cuando los dos componentes directos de tensión se suman entre sí, que se denomina cepa directo total en el plano aquí, una distribución relativamente uniforme de la tensión de contracción dentro de la restauración se puede ver; véase la Figura 4C. Similarly, una banda de concentración de deformación por tracción relativamente uniforme se puede ver que rodea la restauración.

Para evaluar la concentración de tensión en más detalles, los valores de desplazamiento y deformación se extrajeron más lejos de los resultados de un DIC Z250 muestra a lo largo de una línea horizontal en la profundidad media de la restauración, como se ilustra en la Figura 5. El azul anti-simétrica discontinua muestra la curva el desplazamiento horizontal, de los cuales los valores máximo y mínimo de alrededor de 2 mm y 1 mm, respectivamente, representadas las desviaciones de las cúspides izquierdo y derecho. Los valores positivos representan los desplazamientos hacia la derecha y los valores negativos desplazamientos desplaza a la izquierda. Por lo tanto, la cúspide izquierda mueve a la derecha y la cúspide derecha a la izquierda. Hubo un fuerte aumento del desplazamiento en las interfaces a ambos lados de la cavidad, que alcanzó su punto máximo a una corta distancia dentro de la restauración. Con mayor aumento de la distancia, la magnitud de los desplazamientos disminuyó bruscamente yllegado a cero aproximadamente a media anchura de la cavidad, donde el plano de simetría anti-Lay. La curva sólida roja muestra la deformación horizontal a lo largo de la misma línea horizontal. Se puede observar que la cepa en la mayor parte de la superficie del vidrio era casi cero. En correspondencia con los desplazamientos con magnitudes máximas en las interfaces son dos picos de tensión de tracción, con valores de alrededor de 1,7% y 1,5% a la izquierda y derecha, respectivamente. Dentro de la restauración, una cepa contracción relativamente constante de aproximadamente 0,5% puede ser visto.

La figura 6 muestra la media tensión directo total en el plano de las tres resinas compuestas a lo largo de la misma línea horizontal. LS producen la cepa más bajo en el plano total de la contracción de aproximadamente un 1% en la restauración, seguido de Z250 con un valor de alrededor de 2% y luego Z100 con un valor de alrededor de 2,5%. Estas cepas de contracción totales en el plano de los tres compuestos de resina fueron aproximadamente iguales a sus cepas contracción volumétrica ^18-19. Los tres materiales presentaron concentraciones de deformación por tracción similares en las interfaces, que son alrededor de 1%.

Figura 1. Dimensiones del modelo de vidrio con una cavidad MOD y la superficie de observación.

. Figura 2 Aparato para la medición de la deformación por retracción que consiste en: a) soporte de cámara CCD, B) de iluminación de luz LED amarillo, C) muestra, D) apretando el tornillo, y E) muestra la cavidad de cristal.

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Figura 3. Vectores de desplazamiento de un espécimen típicos llenos de Z250 compuesto. Las líneas discontinuas indican los límites de la cavidad.

Figura 4 Cuele la distribución de la superficie de observación que muestra la tensión de contracción en la restauración y la concentración de la deformación por tracción a lo largo de la interfaz "diente-restauración":. A) cepa horizontal (Ejercicios), B) la tensión vertical (Eyy), y C) en el plano cepa directo total (Ejercicios + Eyy). Las líneas discontinuas indican los límites de la cavidad. Por favor, haga clic aquí a view una versión más grande de esta cifra.

Figura 5. Desplazamiento horizontal y la tensión a lo largo de la línea horizontal a la mitad la profundidad de la cavidad obtenida a partir de un espécimen Z250. El área sombreada indica la posición de la cavidad.

Figura 6. En el plano deformación total directo para los tres compuestos probados a lo largo de la línea horizontal en la mitad profundidad de la cavidad.

Discussion

El uso de cavidades de vidrio con la misma forma y dimensiones para la medición de la deformación por retracción era reducir al mínimo la variación en los resultados debido a diferencias en el tamaño, la anatomía y propiedades del material de los dientes humanos naturales. Además, el vidrio de sílice fundida utilizada en este estudio tiene un módulo de Young similar a esmalte, por lo que es un material simulante adecuado para los dientes naturales en cuanto a comportamiento mecánico se refiere a ^21-22. Aunque en restauraciones de dientes reales, el compuesto de resina se une principalmente a la dentina en lugar de esmalte, y hay una diferencia de rigidez entre los dos tejidos de los dientes, no se espera que la distribución de la deformación obtenida con un modelo de diente más suave a ser muy diferente en términos de su patrón, a pesar de que los valores pueden ser diferentes. Con la aplicación de una imprimación de cerámica y un adhesivo adecuado, se asegura una fuerte unión entre el compuesto de resina y las paredes de la cavidad de vidrio, permitiendo que la tensión de contracción para desarrollar plenamente en la especificaciónhombres sin pérdida de adherencia de la restauración. De hecho, se cree que la resistencia de la unión entre el vidrio y resina compuesta a ser mayor que la resistencia a la fractura del vidrio porque se habían encontrado grietas en algunos especímenes de vidrio, en su mayoría llenos de Z100, cuando se utilizaban cavidades más grandes. La misma observación se habían realizado por otros investigadores ^12.

La capa delgada de pintura pulverizada sobre la superficie del material compuesto de resina potencialmente podría obstaculizar el flujo del material y la contracción debido a su rigidez finita. Por lo tanto, se tuvo especial cuidado para evitar el exceso de pintura de la superficie de la resina compuesta. La pintura se pulverizó con suavidad a una distancia desde arriba para permitir que la niebla se caiga finas sobre la superficie de la muestra, formando dispersa, en lugar de bultos, motas. El polvo de carbón fino que luego fue rociada sobre también consistía en partículas sueltas que era poco probable que dificultan el movimiento de la resina compuesta.

El tamaño de las motas en la superficie de observación, en conjunción con el tamaño de la ventana subconjunto, es importante para la precisión del resultado DIC. Algunos estudios llegaron a la conclusión de que el tamaño de moteado debe ser de unos pocos píxeles para que el error de correlación es baja ^23. En este estudio, con una resolución de imagen de 5.8 micras, el tamaño de moteado debe por lo tanto ser ~ 30 micras. Esto se logró con la fina capa de pintura blanca y polvo fino de carbón, como se describe anteriormente. La selección de un tamaño de la ventana subconjunto apropiado en este estudio se realizó de acuerdo a las referencias ^{23 a 24,} y unos cuantos estudios se habían realizado antes de seleccionar el tamaño de 32 x 32 píxeles. Grandes ventanas subconjunto ayudan a reducir los errores al azar, ya que contienen más patrones de coincidencia entre las imágenes, lo que reduce de manera efectiva las incertidumbres en el proceso ^23,25. Sin embargo, el coste de utilización de grandes ventanas subconjunto es la pérdida de detalles más finos dentro de lam. Por lo tanto, siempre y cuando el error de correlación es aceptable, un pequeño tamaño de la ventana es siempre deseable, especialmente cuando el mapa de desplazamiento / cepa es altamente no uniforme y la deformación local es de interés. La selección de un tamaño óptimo ventana subconjunto se determina generalmente por la experiencia o por medio de ensayos y errores. El software Davis 7.2 permite el uso de hasta dos interrogatorios para una sola correlación, lo que significa que un subconjunto tamaño de ventana más grande se puede utilizar para obtener primero un campo de desplazamiento áspera pero menos ruidoso y luego un subconjunto reducido tamaño de la ventana puede ser usado para dar un campo de desplazamiento más detallado pero más ruidoso.

Tenga en cuenta que la tensión medida en el compuesto de resina fue la cepa neto, que incluye la deformación elástica, de deformación y la deformación por retracción. Por lo tanto, el patrón de tensión en la restauración dental curado depende en gran medida de la restricción de las paredes de la cavidad, así como el encogimiento y el flujo de lacompuesto de resina. Por otro lado, el cristal que rodea sólo deforma elásticamente. Las cepas de vidrio-cerca de cero fueron debido a su alto módulo elástico. Tenga en cuenta también que la cepa es el gradiente o la tasa de cambio de desplazamiento. Debido a la restricción, el material cerca de las interfaces tenía movimiento muy limitado, lo que resulta en que cambian rápidamente desplazamientos y, por lo tanto, altos cepas allí. Por el contrario, los grandes desplazamientos relevantes acontecidos en la superficie superior libre de la restauración, pero con cepas muy bajos debido a los bajos gradientes de desplazamiento. Como el gradiente de desplazamiento sigue la dirección de la restricción, la dirección de la cepa También se deduce que de la restricción. Por ejemplo, las cepas cerca del piso de la cavidad estaban más en la dirección vertical que en la dirección horizontal, como se muestra en la figura 4B, debido a la restricción era en su mayoría en la dirección vertical. Por otro lado, las cepas cerca de las paredes laterales eran más en el di horizontalrección que en la dirección vertical, como se muestra en la Figura 4A. Figura 6 muestra que las cepas directos totales en el plano en la restauración de los tres materiales probados fueron cerca de sus cepas contracción volumétrica, lo que implica que la contracción fuera de plano cepa fue casi nula y la deformación elástica era muy pequeña. Como era de esperar, LS produce la cepa más bajo en el plano total de la contracción, seguida de Z250 y Z100 (ver tabla de Materiales).

Cepas de tracción se ven claramente a lo largo de las interfaces de "diente-restauración". La razón de esto era que el encogimiento del material compuesto de resina tiende a tirar de material lejos de las paredes de la cavidad y el suelo. Debido a que el material se vio limitada, que terminó siendo estirado, lo que resulta en una tensión de tracción. Sin embargo, la magnitud de la deformación por tracción calculado puede no ser exacta debido a errores numéricos en la derivación de las cepas de un rapociosamente cambiar campo de desplazamiento. En el análisis de correlación de imágenes, sólo un vector de desplazamiento se podría obtener en cada ventana subconjunto. Por lo tanto, el desplazamiento a través de dos ventanas de subconjuntos adyacentes podría aparecer como un gran salto en la curva de desplazamiento. Cuando la tensión se obtuvo a partir de la diferenciación de los desplazamientos, estos grandes saltos de desplazamiento podrían dar lugar a valores irrealmente altos de tensión. Además, se espera que la distribución de la deformación a ser discontinuo a través de las interfaces a causa de una falta de coincidencia en las propiedades elásticas. Esto también se espera desde el abrupto cambio en el gradiente del desplazamiento en las interfaces. Sin embargo, como los subconjuntos en las interfaces incluyen tanto de vidrio y compuesto de resina, los desplazamientos y las tensiones calculadas no se promediaron los valores entre las dos regiones, y por lo tanto parecían ser lisa. La interpolación lineal entre los valores de los puntos de muestreo discretos vecinos dio la continuidad aparente. Imágenes de mayor resolución serán RequiRoja para mejorar la precisión de las medidas de deformación.

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