牙科复合材料在模拟腔收缩测量与数字图像相关

摘要

为了了解聚合收缩应力的牙科树脂的复合树脂修复的空间发展，数字图像相关被用于通过关联聚合前后所采取的恢复的图像，以提供恢复的模型玻璃腔的全视野的位移/应变测量。

摘要

牙科复合树脂聚合收缩可导致恢复剥离或破裂的牙齿组织中合成，恢复牙齿。为了了解在何处和如何收缩应变和应力的经修复的牙齿发展，数字图像相关（DIC）是用来提供模型修复中的位移和应变分布是经历了聚合收缩的全面视图。

标本与模型腔进行了圆柱形玻璃棒与直径和长度为10毫米制成。近中牙合 - 远（MOD）在每个试样制备腔体的尺寸测量，在3毫米和2毫米的宽度和深度分别。用复合树脂充填型腔后，在观察的表面喷上首次一层薄薄的白色油漆，然后细黑木炭粉打造高对比度的斑点。固化后与之前5分钟，然后拍摄的照片的表面。网络连接应受，这两个图片是使用DIC的软件来计算位移和应变分布相关。

的树脂复合垂直缩水朝向空腔的底部，与具有最大向下位移的恢复的顶部中心部分。在同一时间，它收缩水平朝向其垂直中线。复合材料的收缩率拉伸的材料，在“牙齿修复”界面附近，导致周围的复原牙尖挠度和高的拉伸应变。材料靠近腔壁或地板大都在垂直于界面的方向有直接的菌株。两个直接应变分量的求和表明围绕恢复相对均匀的分布，其大小等于约到的材料的体积收缩应变。

引言

树脂基复合材料被广泛使用，因为其卓越的美学和操控性能在口腔修复。然而，尽管被粘结到牙齿组织中的树脂复合材料的聚合收缩仍然是临床关注，开发了收缩应力可能会引起脱粘在牙齿修复接口^{1 -2。}因此，细菌可侵入和驻留在失败的领域，并导致继发龋。另一方面，如果恢复是公粘结到牙齿，收缩应力可能引起牙齿组织开裂。无论这些故障将危及使用寿命的牙修复体，其将受到大量的热负荷和机械负荷的循环。

聚合收缩应变和应力的测量牙科复合树脂^3-4的开发和评估也因此成为不可或缺的。各种测量技术或方法已被开发^5-11以提供一个简单的设置，用于测量的树脂复合材料的收缩行为可靠的主要目的。而它们所提供的测量值可能是足够的，用于比较不同材料的收缩行为，它们不会在收缩应力在实际恢复牙齿哪里如何开发有助于理解。具体地讲，的极大兴趣问题是空心墙如何约束复合材料和导线的收缩在牙齿修复¹²创造收缩应力。需要注意的是，要创建的收缩应力，树脂复合材料的收缩变形的部分具有被转换成拉伸弹性应变。因此，这将是有用的，如果在恢复的应变的该组件可以被测量。最近，光学全视野应变测量技术，数字图像相关（DIC），已经被应用到自由shrinka的测定在牙科修复^13-15的树脂复合材料GE以及物料流。 DIC的基本思想是从它的变形过程中，据此，位移和应变场超过该表面可以被确定拍摄连续图像在样品表面跟踪和关联可见的图案。全视场测量的DIC的方法，该方法是在观察非均匀变形和应变图案¹³是特别有用的主要优点之一。在这项研究中，DIC是用来揭示的应变模式在牙科复合树脂修复，以了解收缩应力的发展及物色潜在位点剥离的目的。这个信息是不是在上面^14-15列举的作品，其中仅测得的修复体的位移，由于聚合收缩直接可用。该测定是使用模拟的牙近中 - 牙合 - 远（MOD）齿腔作为企图复制品的模型进行忒现实牙齿修复的应力或应变。虽然使用真实牙齿更解剖学代表的该缺点是在解剖结构，机械性能，水化程度以及看不见的内部缺陷¹⁴的齿之间的显著本质上的差异所导致的大的变化的结果。为了克服这种缺陷，一些研究试图通过将它们分组在颊大小¹⁶方面或完全取代了牙齿替代材料¹⁷的模型，规范的牙齿样本。例如，铝塑其中有一个类似的杨氏模量，以珐琅（69和83 GPa时，分别）已受聘在收缩应力测量，收缩应力所指出的风口浪尖上偏转¹⁷的水平。在这项研究中，石英玻璃的模型（模腔）被用来代替，因为该材料也具有类似的杨氏模量（63 GPa）的对牙釉质和，因为它是透明耳鼻喉科，在标本的任何剥离或开裂可以很容易地观察到。

研究方案

注意：使用玻璃腔三牙复合树脂进行了研究：Z100，Z250和LS，如材料清单中列出。其中，LS是已知的以大约1.0％的体积收缩率的低收缩树脂复合材料，比Z250和Z100（〜2％和^{〜2.5％）18-19}的要低得多。的设备和在本研究中使用的其它材料也被在物料列表给出。

1。模型腔准备

1. 切一个长圆筒形玻璃棒，直径10毫米，为使用低速金刚石锯片10毫米长的短杆。
2. 切近中-咬合-远端（MOD）的空腔（ 图1）测量3毫米（宽）×2毫米（深）在每个试样用适于低速金刚石锯。
3. 研磨下来每个圆柱形试样以创建一个平面上垂直于所述腔的长度，其尺寸如图1的平坦表面允许精确FOcusing并在复原图像校准。此后，它将被称为观测表面上 。
4. 准备3个标本的每个测试的三种材料：Z100，Z250和LS;见材料表。

2，填充模腔与树脂复合

1. 用刷子silanize所有的玻璃腔体表面涂上一层薄薄的陶瓷底漆。这使得玻璃表面与树脂的复合材料之间的粘合。
2. 经过约1分钟，涂上一层薄薄的粘合剂。使用LS胶系统复合LS和Adper单键加复合Z100和Z250。
3. 固化粘合剂与固化灯和持续时间（10-20秒）根据制造商的说明书（材料表）。
4. 覆盖所有周围的恢复用黑胶带以外的观察面， 如图2中的玻璃表面，其目的是为了避免在固化光到达通过周围的透明玻璃，这不会发生在真牙树脂复合体。
5. 散装填充模腔与树脂复合材料和刮去多余的扁平化所有的表面。

3，表面涂装

1. 喷一层薄薄的白色油漆到观察表面，其现在包括树脂复合体的一部分。
2. 立即撒上一些黑色细木炭粉上油漆来创建高对比度的斑点。该斑点的不规则形状将有助于DIC的软件来识别它们，然后跟踪他们的行踪。

4，样品安装，固化，和拍摄

1. 参照图2，将一个样品（E）插入夹持器（C）中，用一个螺钉（D）拧紧。然后，将整个装置在一个大的水平梁的末端。
2. 安全CCD摄像机和一个黄色的照明LED灯到同一个光束，使得他们面临的观测中N曲面。
3. 使用一台具有可调节夹具，定位光固化，使得其前端在样品上方约1mm。
4. 取试样的图片来固化之前提供的参考图像。
5. 固化20秒的树脂复合材料。
6. 固化后拍摄另一张照片在5分钟。
7. 放置一个校正块在同一位置作为观察面和拍照。校准块包含圆点与尺寸和间距精确已知的阵列。

5，与DIC的软件图像分析

1. 进口对各样品，一前一固化，进入DIC软件后两张图片。
2. 校准的图像的尺寸和纠正使用校准块的图像的图像失真。 。
3. 定义感兴趣的区域的观察面内进行分析。
4. 定义的平方子窗口的大小为64 x 64像素的第一次迭代和32×32像素的第二次迭代^20。定义重叠为50％。
5. 关联与固化来计算位移和应变分布前拍摄的参考图像固化后拍摄的图像。

结果

三个试样进行了测试的每种材料。每次试验后，试样进行了检查眼睛或，如果需要，使用显微镜。在“牙齿修复”界面或裂缝没有明显的剥离被发现。

图片的分辨率为1,600×1,180像素，5.8毫米的像素大小。具有32个像素的子集的窗口的大小，位移分布的空间分辨率约为186毫米。

图3显示了固化的修复与Z250制成的位移矢量的典型曲线图。标本与?...

讨论

与收缩应变的测量相同的形状和尺寸中使用玻璃腔是在结果中的变化最小化由于在大小，解剖学和天然人类牙齿材料性质的差异。另外，在本研究中使用的熔凝石英玻璃具有类似的杨氏模量对牙釉质，使其成为一个合适的模拟物材料为天然牙齿只要机械行为方面^21-22。虽然在真实牙齿修复体，树脂复合材料主要是结合到牙质，而不是搪瓷，并且有两个牙体组织之间的硬度差，预计不会有较...

材料

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