Che imita occlusale dente erosivo di misura con il "Rub & Roll" e usura senza contatto profilometria

Riepilogo

Il Rub & Roll può imitare il ciclo masticatorio, permettendo la variazione della forza di masticare, distanza di scorrimento, masticare velocità, numero di cicli e la frequenza e con una combinazione di sfide corrosive e abrasive può risultare in una simulazione complessa dell'invecchiamento orale.

Abstract

Masticare, bere e levigatura dei denti occasionali si tradurrà in usura di dente fisiologica durante tutta la vita. Le sfide estreme, come il bruxismo o abituale masticando oggetti estranei, possono portare a un'eccessiva usura. Recentemente, è stato riconosciuto il ruolo di erosione nell'accelerare l'usura meccanica dentale, ma l'interazione tra processi di usura meccanica e chimica non è stato studiato estesamente. Il nostro laboratorio ha recentemente introdotto un dispositivo di simulazione di usura orale novello, il Rub & Roll, che consente all'utente di eseguire usura e caricamento studi separatamente o simultaneamente in un ambiente corrosivo e/o abrasivo. Questo manoscritto descrive un'applicazione del dispositivo: il carico combinato di meccanico e corrosivo di molari umani estratti (pre) in un movimento di masticazione simulato, con un'applicazione controllata di forza, velocità, fluido e tempo e l'applicazione di Profilometria senza contatto a visualizzare e misurare il risultante modello di usura. La morfologia occlusale che è stata creata nell'esperimento con il più alto livello di caricamento è molto simile alla presentazione clinica di usura corrosiva.

Introduzione

Cavità orale potrebbe essere considerata un ambiente aspro: umidità, sbalzi di temperatura a causa di assunzione di cibi caldi e freddi e carico meccanico con alcuni dei più forti muscoli nel corpo umano. Denti, tuttavia, sono eminentemente attrezzati per resistere a queste sfide. Lo smalto è molto duro, e la dentina sotto impedisce lo smalto relativamente fragile di fratturazione. La componente minerale di entrambi i materiali, l'idrossiapatite è di solubilità molto bassa e in equilibrio con la saliva supersatura. Masticare, bere e levigatura dei denti occasionali si tradurrà in usura di dente fisiologica durante un corso della vita^1,2,3. Le sfide estreme, come il bruxismo o abituale masticando oggetti estranei, possono portare a un'eccessiva usura. Recentemente, è stato riconosciuto il ruolo di erosione nell'accelerare l'usura meccanica dentale. Erosione del dente è stato estesamente studiato in vitro, ma i modelli utilizzati sono stati generalmente semplici e fattori meccanici in gran parte sono stati ignorati. L'interazione clinica tra processi di usura meccanica e chimica, pertanto, non è pienamente compreso⁴.

Molti in vitro erosione e usura corrosiva studi hanno utilizzato acido semplice immersione del piatto lucido smalto o campioni di dentina, con perdita di durezza o profilometria come la misurazione approccio⁵. L'introduzione di un componente abrasivo solitamente ha coinvolto dente spazzolatura azione, o a volte la lingua o smalto cuspide scorrevole contatti⁶. Tali studi hanno mostrato che smalto erosione risultati in uno strato superficiale ammorbidito, che è facilmente raspato. Superfici piane sono solitamente necessari perché il dispositivo di carico meccanico non può gestire superfici irregolari, e le tecniche di misurazione per superfici irregolari sono anche più complicate. Tuttavia, l'usura di dente erosivo negli adolescenti è visto su cuspidi occlusali e abrasione di masticare il cibo dovrebbe essere il fattore meccanico più rilevante nell'usura corrosiva occlusale. La macchina ideale usura orale che riproduce l'ambiente orale in tutti i dettagli non esiste, e maggior parte dei modelli in vitro non consentirà naturali superfici occlusali dei denti per essere entrambi esposti o misurato^7,8.

Il nostro laboratorio ha recentemente introdotto un nuovo dispositivo, che è conforme a molte delle specifiche tecniche di Heintze⁷ e tolleranze dei modelli di simulazione di usura orale, e che consente all'utente di eseguire studi di usura e caricamento separatamente o simultaneamente un ambiente corrosivo e/o abrasivo. Il nuovo dispositivo (Rub & Roll) è costituito da una macchina agitazione e un contenitore (Figura 1a). Nel contenitore, può essere montato un cilindro con esemplari. Tra il cilindro e la parete interna del contenitore una delle canne da più vengono inseriti (Figura 1b). Avviando il motore agitazione, l'asta ruota sopra gli esemplari nel cilindro (Figura 1C). Utilizzo di shim, forze differenti possono essere applicate sugli esemplari. Per una descrizione completa della progettazione, costruzione, meccanismo di funzionamento e caratteristiche del dispositivo consultare il paper introducendo e discutendo il dispositivo⁹. Il dispositivo è robusto, non tecnicamente impegnative e possibile applicare carichi a 32 esemplari contemporaneamente. La forza antagonista si muove sopra la superficie del campione mantenendo il contatto liscio, continuo, che è paragonabile al normale masticazione¹⁰. Qui vi presentiamo un'applicazione per usura corrosiva modello delle superfici occlusali dei denti naturali, e dimostriamo che la rilevanza clinica e la versatilità del metodo.

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Protocollo

Raccolta dei denti utilizzati in questo esperimento è stato effettuato in conformità con le linee guida del Comitato di etica medica regionale.

1. prelievo e preparazione del campione

1. Raccogliere 24 molari umani estratti audio (pre) da studi dentistici e spennellare con pomice in un manipolo a bassa velocità per un ambiente pulito (senza detriti, non resti gengivali) e dente liscio in superficie e infine sciacquare per 15 s sotto acqua corrente.
2. Incorporare i campioni per farli stare nei recessi (12 x 15 x 27,5 mm) del cilindro del dispositivo.
   1. Sciogliere il composto di impressione (uno stick di 113 g) su una piastra calda (50 ° C) per circa 10 min e immergere la parte occlusale del molare nella sostanza fusa, che copre la superficie occlusale. Capovolgere il molare su un vetrino da microscopio e premere verso il basso fino a quando tutti i consigli di tazza toccare il vetro e aspettare ± 30 s fino a quando il composto di impressione si è raffreddata e set di fissaggio del dente.
   2. Utilizzare una siringa per versare 10 mL di miscela di polimetilmetacrilato (PMMA) in uno stampo in silicone con dimensioni di 12 mm x 15 mm x 27,5 mm. Mix PMMA in una cappa interne (polimero di 13 g di rapporto: monomero di 10 mL) per circa 25 s utilizzando una spatola. Lasciare riposare per 15 s modo che eventuali bolle d'aria può sfuggire prima di utilizzare.
   3. Capovolgere il vetrino da microscopio e sospendere il molare nello stampo di silicone riempito con PMMA. Premere lo scivolo verso il basso fino a toccare lo stampo. La fase di colata dura circa 1,5 min a temperatura ambiente.
   4. Dopo l'impostazione di PMMA a temperatura ambiente e 1.000 hPa per 20 min, rimuovere il vetrino da microscopio e rimuovere il dente incorporato dallo stampo di silicone.
   5. Misurare l'altezza totale del molare incorporato e regolare l'altezza a esattamente 27,3 mm rimuovendo in modo incrementale il PMMA curata dal basso con una fresatrice con una fresa di 16 mm.

2. preparare la soluzione di demineralizzazione

1. Aggiungere 0,1 M acido lattico (50 g), 1,5 mM CaCl₂ (1,103 g), 0,9 mM KH₂PO₄ (0,612 g), cloramina di 1% 10 mL, 0,5 ppm F (2,5 mL di 1.000 ppm soluzione Fluorid Standard) a 4.900 mL di acqua deionizzata in un piatto di agitazione.
2. Titolare con 10 M di KOH (± 50 mL) a pH 4.8 con elettrodi di vetro calibrato.

3. montaggio del campione e le impostazioni dello sfregamento del computer & Roll (Figura 1)

1. Rimuovere il cilindro dal contenitore e 24 esemplari nei recessi nel cilindro del Rub & Roll.
2. Per regolare la forza di carico, regolare la sporgenza dell'esemplare dal cilindro inserendo uno spessore nella vaschetta sotto il campione. Per non utilizzare carico (0 N) di 8 esemplari, senza spessore e per 30 N (8 esemplari) e 50 N (8 esemplari), utilizzare uno spessore di 1 mm e 1,5 mm, rispettivamente.
3. Montare le 2 parti del cilindro e fissarlo con un bullone M6 e posizionare il cilindro nel contenitore.
4. Riempire il contenitore con 500 mL di soluzione di demineralizzazione.
5. Introdurre la barretta di caricamento: un tubo in PVC (durezza 73 Shore A) con un diametro esterno di 14 mm e un diametro interno 10 mm con un inserto di un acciaio inossidabile 316 rod (130-150 di durezza HB) con un diametro di 9 mm.
6. Impostare la velocità di rotazione a 20 giri/min, per simulare clinico frequenza da masticare e lasciare che il dispositivo esegue ininterrottamente.
7. Durante l'esperimento, sostituire la soluzione di demineralizzazione e tubo in PVC e controllare il pH con un elettrodo di vetro calibrato due volte a settimana.
8. Dopo 3 mesi (corrispondenti a circa 1.500.000 cicli) Scollegare la bombola dal contenitore e togliere il campione di smontaggio 2 parti del cilindro e conservare il campione in acqua deionizzata.
   Nota: Tutti i campioni vengono analizzati prima e dopo il carico nel Rub & Roll, utilizzando un profilometro senza contatto.

4. Profilometric scansione, l'analisi e sottrazione

1. Generare una misurazione topografica del campione utilizzando un profilometro.
2. Accendere attrezzature: computer, modulo PSU e regolatore del sensore. Posizionare il sensore appropriato e fissarlo con la vite a testa zigrinata. Quindi, inserire con cautela la fibra ottica nel controller sensore.
3. Selezionare il sensore corretto sul controller sensore. Il controller sensore mostrerà 4 opzioni (F1 - F4). Premere F4 due volte e il menu sensore confocale viene visualizzato.
   1. Premere F3 (scelta del sensore) e scorrere fino a 2-10.000 µm. Select (10 mm) e premere F4. Premere F1 e scegliere F4 (Sì) per salvare le impostazioni in EEPROM. Selezionare l'intensità del LED e girare sulla posizione "± 9" e premere F4 - F2 - F4 prendendo un riferimento"oscuro" del sensore.
4. Aprire il software e scegliere l'opzione "connettersi" al dispositivo. Essere consapevoli del fatto che la tabella di misurazione si sposterà automaticamente la ricerca di "posizione iniziale". Schermata iniziale viene visualizzata sul display. Premere strumenti nella barra dei menu seguita da selezione sensore e scegli sensore S29 | 10 - 10.000 µm.
   1. Premere strumenti nella barra dei menu seguita dalla frequenza di campionamento e scegliere 300 Hz. Premere strumenti nella barra dei menu seguita dal sensore di velocità e scegliere 0 - 100%.
5. Selezionare scansione nella barra dei menu. Quindi selezionare chiave spostare fase. Premere l'area gialla al centro dello schermo per spostare la tabella di misurazione al centro.
6. Posizionare il campione al centro del tavolo misura, seguite impostando l'altezza corretta all'interno della gamma del sensore. Posizionare il sensore sopra l'area di interesse dell'esemplare e regolare la distanza del sensore in modo che l'area completa del campione da sottoporre a scansione si trova all'interno della gamma di messa a fuoco del sensore. Il controller sensore indica se l'altezza è all'interno della gamma del sensore mostrando una zona verde all'altezza di dati in tempo reale.
7. Scegliere impostazioni. Impostare la media 2, per assicurare ogni punto di dati registrati è la media di 2 misurazioni. Questo rallenta la velocità di scansione, ma aumentare la qualità della scansione. Dopo aver terminato le impostazioni premere OK per tornare alla configurazione di scansione principale.
8. Posizionare il fascio di sensore nell'angolo superiore sinistro dell'esemplare. Impostare l'area di scansione totale 15 mm x 12 mm con una dimensione di passaggio in X e Y direzione di 40 µm (0,04 mm), il numero di passaggi in X = 375 e Y = 300. Ancora una volta, piccoli passi aumenterà la risoluzione di scansione, ma anche tempo di scansione. Premere scansione ora per avviare la scansione.
9. Quando la scansione è terminata dopo circa 10 minuti, è possibile selezionare File nella barra dei menu, seguita scegliendo Salva con nome. Le scansioni sono standardizzate in modo tale che le scale sono sempre gli stessi livelli.
10. Selezionare File nella barra dei menu, seguita scegliendo Apri file. Selezionare deformazione nella barra dei menu. Applicare un filtro di distorsione di 1 per eliminare il rumore della tabella e il sensore di scansione. Selezionare massima scegliere nella barra dei menu e trovare il punto più alto sul molare.
11. Selezionare gli strumenti nella barra dei menu, seguita scegliendo opzione-scala per la configurazione di scansione. Nella configurazione di scansione, è necessario impostare l'offset nel calcolata dal punto più alto valore di Z (misurata in 4,10) - 3500 mm. Impostare l'intervallo in manuale, da 0 a 3,6 mm e premere OK.
12. Selezionare Area di carico nella barra dei menu per azzerare la bilancia. Selezionare File nella barra dei menu, seguita scegliendo Salva con nome.
13. Sottrarre scansioni ripresa in due momenti diversi nel tempo.
    1. Selezionare Apri nella barra dei menu del software. Individuare la scansione originale e il file di scansione modificate nella directory, selezionare il file e premere OK. Verrà visualizzata la schermata di opzioni, scegliere l'opzione di livellamento: manuale di livellamento opzione; e nella compensazione offset rispettivamente le opzioni, applica a originale e applica a modificate.
    2. Selezionare finestra nella barra dei menu, l'opzione Crea vista e, infine, l'opzione Croce vista in sezione.
14. Selezionare la superficie modificata e muovere la superficie modificata sulla superficie originale in orizzontale e verticale in direzione Z (altezza) tenendo premuto il tasto CTRL e premere il tasto freccia sinistra e destra per la direzione orizzontale; tenendo il tasto CTRL e premere su e giù chiave di freccia per la direzione verticale; tenendo il tasto MAIUSC e premere freccia su e giù chiave per direzione Z in modo tale che il volume sottratto e l'altezza indicata nella visualizzazione della differenza sono più bassi possibile.
15. Selezionare il File nella barra dei menu, seguita scegliendo Salva con nome Output viene letto come perdita di volume medio e perdita di altezza media.

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Risultati

Abbiamo esposto i denti molari umani (n = 8 per gruppo) a una soluzione acquosa acida a pH 4.8 nel Rub & Roll, per 3 mesi. Ciò corrisponde ad un tempo di funzionamento clinico di circa 6 anni. Il carico meccanico applicato era: senza carico (0 N), N 30, o 50 N.

Perdita di altezza della superficie occlusale per i tre gruppi media era: 76 ± 20 µm per 0 N; 161 ± 40 µm per 30 N; e 266 µm ± 101 per 50 N (F...

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Discussione

La domanda presentata qui dà una buona impressione della rilevanza clinica del Rub & Roll. La morfologia occlusale che è stata creata nell'esperimento con il più alto livello di caricamento è molto simile alla presentazione clinica del dente erosivo usura (Figura 5)^11,12.

La versatilità del set up si trova prima di tutto con le soluzioni utilizzate. Nel modello più semplice, acqua può essere utilizz...

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Low speed handpiece	KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany		Dental equipment
Brush for handpiece	KAVO, Leutkirch imm Allgau, Germany		Dental equipment
Pumish			Dental equipment
Human third molars
Impression compound green	Kerr, Bioggio, Switzerland	Art.nr. 00444
Microscope slide	Menzel, Braunschweig, Germany		76 x 26 mm
Autoplast Cold curing denture base material	Candulor, Wangen, Switzerland
Silicone mold with inside dimensions of 12 x 15 x 27.5	3M Espe Neuss, Germany	Express STD
Pressure vessel	Al Dente, Meckenbeuren, Germany	581-009-024/25
Milling cutter ø16mm	Format, Germany	HSSCo8 nr. 21691600
Milling machine	Weiss Machine Tools	WMD 20 LV
Rub&Roll	UMCN , Nijmegen The Netherlands		Technical workshop
Rub&Roll container	UMCN , Nijmegen The Netherlands		Technical workshop
Rub&Roll cylinder sample holder	UMCN , Nijmegen The Netherlands		Technical workshop
Rub&Roll motor	UMCN , Nijmegen The Netherlands		Technical workshop
Shim: Silicone plate massive 1 mm/ 1,5mm, 60 ± 5° Shore A, red	Peter van den Berg afdichtingstechniek, Barendrecht
Lactid acid extra pure 88%	Boom, The Netherlands	CAS nummer: 79-33-4
Calcium Chloride dihydrate CaCL2 .2H2O	Merck, Darmstadt, Germany	CAS nummer: 10043-52-4
Pottassium dihydrogen Phosphate KH2PO4	Merck, Darmstadt, Germany	CAS nummer: 7778-77-0
Chloramine T (sodium salt) trihydrate for synthesis CH3C6H4SO2NClNa·3H2O	Merck, Darmstadt, Germany	CAS nummer: 7080-50-4
Natriumfluoride standard solution 1000mg/L F Certipur	Merck, Darmstadt, Germany	CAS nummer: 7681-49-4
Deionized water
Kaliumhydroxide, pellets EMSURE analytical reagent KOH	Merck, Darmstadt, Germany	CAS nummer: 1310-58-3
PVC tube(Hardness73 Shore A)outer diameter 14mm inner diameter 10mm	DEUTSCH & NEUMANN, Germany	Art.nr. 3501014
Insert of a stainless steel 316 (Hardness 130–150 HB) diameter 9mm	UMCN , Nijmegen The Netherlands		Technical workshop
pH glass electrode	WTW, Weilheim, Germany	Sentix 61 103640
Non contact Profilometer Proscan 2100	Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK		http://www.scantronltd.co.uk
Software version Proscan 2100 2.1.1.15A+ Sensor S29 / 10-10000 microns	Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK
Software version Proform	Scantron Industrial Products Ltd, Taunton, UK
Stereomicroscope Leica	www.leica-microsystems.com	M50
Photocamera Canon	Canon Japan	EOS 50D
Syringe	BD Plastipak, Spain	20 ml.
Hotplate	Schott instruments Mainz	SLK1
Silone impression material (Vinyl Polysiloxane Expres)	3M Espe , USA	Regular
Stirring Plate	IKA Werke, Germany	KMO2 Basic