Η επίδραση του τύπου και του βαθμού αποκοπής δοντιών, που αποκαθίστανται με κεραμικές όψεις, στην κατανομή τάσεων. Τρισδιάστατη ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων
Creators: name: Καραογλάνη, Ελένη Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: κεραμικές όψεις
ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων
ολοκεραμικά συστήματα
porcelain veneers
finite element analysis
ceramic systems

description: Οι κεραμικές όψεις προσθίων δοντιών αποτελούν μια συντηρητική προσθετική προσέγγιση που αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη εφαρμογή για την επίλυση αισθητικών προβλημάτων, λόγω της υψηλής αισθητικής τους απόδοσης. Η συνεχής εξέλιξη της τεχνολογίας οδήγησε στην ανάπτυξη και εφαρμογή πολλών κεραμικών συστημάτων με βελτιωμένες μηχανικές αλλά και οπτικές ιδιότητες. Στην βιβλιογραφία αναφέρονται πολλές διαφορετικές τεχνικές παρασκευής και διαφορετικά βάθη αποκοπής για κεραμικές όψεις, σε κεντρικούς τομείς της άνω γνάθου, χωρίς να μελετάται η επίδρασή τους στην εμβιομηχανική συμπεριφορά του δοντιού. Στις κυριότερες επιπλοκές των κεραμικών όψεων συγκαταλέγονται οι θράυσεις του κεραμικού υλικού ή/και του δοντιού. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής διατριβής είναι η διερεύνηση της κατανομής τάσεων σε κεντρικούς τομείς της άνω γνάθου που αποκαθίστανται με κεραμικές όψεις σε σχέση με 3 διαφορετικά κεραμικά συστήματα, 2 διαφορετικά βάθη προστομιακής αποκοπής και 2 διαφορετικές τεχνικές παρασκευής. Υλικά και Μέθοδος. Για την επίτευξη του σκοπού της παρούσας εργασίας εφαρμόσθηκε τρισδιάστατη ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων με τύπο ανάλυσης τη γραμμική στατική . Ο σχεδιασμός των γεωμετριών και η διακριτοποίηση τους πραγματοποιήθηκε στο υπολογιστικό περιβάλλον του ANSA 15.2.3 (BETA CAE Systems S.A., Thessaloniki, Greece), ενώ το στάδιο της επίλυσης πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα ANSYS 16.2 (ANSYS, Pennsylvania, United States). Με αντίστροφη μηχανική σχεδιάστηκε το μοντέλο ενός ακέραιου κεντρικού τομέα της άνω γνάθου με το περιβάλλον περιρρίζιο και φατνιακό οστό και τα μοντέλα παρασκευασμένων για κεραμικές όψεις τομέων με βάση δυο διαφορετικά βάθη αποκοπής(«ελάχιστο-μεγάλο») και 2 διαφορετικές τεχνικές αποκοπής(«δίκην φτερού»-«επίπεδη κοπτική οριοθέτηση»). Τα υλικά που μελετήθηκαν ήταν :α)κεραμικό αστρίου, β) υαλοκεραμικό του συστήματος SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 ( IPS Εmpress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein) και γ)υαλοκεραμικό του συστήματος SiO2-LiO2- K2O –ZnO-P2O5-Al2O3-ZrO2 -ΖnO (IPS Emax Press, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein). Οι οδοντικοί και περιοδοντικοί ιστοί καθώς και τα κεραμικά υλικά που μελετήθηκαν θεωρήθηκαν ως γραμμικά ελαστικά, ισότροπα και ομοιογενή. Το μέτρο ελαστικότητας και η αναλογία Poisson χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων τους. Στα μοντέλα ασκήθηκε συμπιεστική δύναμη 200Ν,η οποία εφαρμόστηκε στην υπερώια επιφάνειά τους, 2mm από την κοπτική ακμή και με γωνία 130ο ως προς τον επιμήκη άξονα των άνω κεντρικών τομέων. Η εμβιομηχανική συμπεριφορά των αποκατεστημένων με κεραμικές όψεις κεντρικών τομέων μελετήθηκε μέσω της κατανομής των von Mises τάσεων τόσο στο ακέραιο-φυσικό δόντι όσο και στα αποκατεστημένα δόντια, για όλους τους δυνατούς συνδυασμούς βάθους και τύπου αποκοπής καθώς και κεραμικών συστημάτων που μελετήθηκαν. Η οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με το πρόγραμμα μETA (BETA CAE Systems S.A., Thessaloniki, Greece) και η στατιστική ανάλυση μέσω του στατιστικού πακέτου Matlab 7.1.1.0., με σύγκριση ανά ζεύγη ώστε να φανεί η επίδραση της κάθε ανεξάρτητης μεταβλητής στις διαφορές των τάσεων. Αποτελέσματα. Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε στατιστικά σημαντικές διαφορές στις τάσεις όταν μεταβαλλόταν το είδος του κεραμικού υλικού, ανεξάρτητα από το βάθος αποκοπής και την τεχνική παρασκευής. Μεγαλύτερες von Mises τάσεις παρατηρήθηκαν στις δομές των οδοντικών ιστών σε όλα τα μοντέλα για το αστριούχο κεραμικό, ενώ μεγαλύτερες von Mises τάσεις στη δομή της κεραμικής όψης εντοπίσθηκαν σε όλα τα μοντέλα για το υαλοκεμικό του συστήματος SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 ( IPS Εmpress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein). Στατιστικά σημαντική μείωση των τάσεων παρατηρήθηκε στην μεγάλη αποκοπή, σε όλες τις υπό μελέτη δομές, με εξαίρεση την αδαμαντίνη, καθώς η μεταβολή του βάθους αποκοπής δεν επηρέαζε στατιστικά σημαντικά την κατανομή των τάσεων στη δομή της. Η μεταβολή των τάσεων , όταν τροποποιούνταν η τεχνική αποκοπής, δεν παρουσίαζε στατιστική σημαντικότητα. Συμπεράσματα. Από τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης προκύπτει οτι μετά την αποκατάσταση πρόσθιων κεντρικών τομέων με κεραμικές όψεις αναπαράγονται οι εμβιομηχανικές ιδιότητες του ακέραιου δοντιού, ανεξάρτητα από το αποκαταστατικό κεραμικό υλικό,το βάθος και τον τύπο της αποκοπής που εξετάσθηκαν στη μελέτη. Η μεγαλύτερη συγκέντρωση von Mises τάσεων εντοπιζόταν για όλους τους συνδυασμούς κεραμικών υλικών, βαθμών και τύπων αποκοπής , αλλά και για το ακέραιο-φυσικό και για το παρασκευασμένο χωρίς αποκατάσταση δόντι στην περιοχή της αυχενικής αδαμαντίνης προστομιακά και υπερώια, κοντά στην αδαμαντινοοστεϊνική ένωση. Το θερμοσυμπιεζόμενο υαλοκεραμικό του συστήματος SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 (IPS Εmpress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein), παρουσίασε τη μικρότερη μεταφορά τάσεων von Mises στους υποκείμενους οδοντικούς ιστούς. Όσον αφορά την επίδραση του βαθμού αποκοπής στην κατανομή των τάσεων , η αύξηση του βαθμού αποκοπής αδαμαντίνης, με αποτέλεσμα την αύξηση του πάχους της κεραμικής δομής δημιουργεί ένα σύμπλεγμα κεραμικής όψης-παρασκευασμένου δοντιού που του προσδίδει καλύτερες εμβιομηχανικές ιδιότητες συγκριτικά με μια μικρή αποκοπή και μια λεπτή όψη. Τέλος η τεχνική της παρασκευής για κεραμικές όψεις σε κεντρικούς τομέις της άνω γνάθου, φαίνεται να μην επηρεάζει την κατανομή των τάσεων.
description: Interest in ceramic laminate veneers has been increasing, driven by the demand for aesthetic restorations. Porcelain veneers are a conservative treatment option for malpositioned, malformed, discolored anterior teeth that provide excellent esthetic and functional rehabilitation. Advances in porcelain and bonding technology, introduced new ceramic systems with improved mechanical and optical properties. Literature suggests various preparation designs and depths for ceramic veneers, in maxillary central incisors, without considering their impact on the biomechanical behavior of the tooth. The most commonly reported complication is fracture/chipping of the ceramic material. Aim. The aim of this study was to evaluate the influence of different preparation designs, different preparation depths and different ceramic materials, on the stress field developed in a maxillary central incisor restored with a ceramic veneer. Moreover, the results of this study would provide information about whether porcelain veneers can recover tooth stiffness and restore the biomechanical balance of the intact tooth and surrounding structures. Materials and Methods. A linear static three-dimensional and finite element analysis was employed for the purpose of this study. The design of the geometries of the models and their discretization were generated in the computing environment of ANSA 15.2.3 (BETA CAE Systems S.A., Thessaloniki, Greece), while calculations were performed with the ANSYS program 16.2 (ANSYS, Pennsylvania, United States). Reverse engineering was used to develop digitally the model of an intact maxillary central incisor and the models of maxillary central incisors restored with ceramic veneers, according to two different preparation depths (thin, thick) and two different preparation designs (feather edge, butt joint). The ceramic systems involved in this study were: a) feldspathic ceramic, b) heat-pressed glass ceramic of the system SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 (IPS Empress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein) and c) heat-pressed glass ceramic of the system SiO2-LiO2- K2O –ZnO-P2O5-Al2O3-ZrO2 -ΖnO (IPS Emax Press, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein). Dental and periodontal tissues as well as the ceramic materials were assumed to be homogeneous isotropic and linearly elastic. The elastic modulus and Poisson's ratio of all involved materials, were used for the characterization of their properties. Each model was subjected to a compressive force of 200N, applied to the palatal surface, 2mm below the incisal edge. The longitudinal axis of the intact and restored maxillary central incisor formed an angle of 130 degree with the direction of force. The biomechanical behavior of the different models included in this study, were examined through the record of Von-Mises stresses (MPa). The visualization of the results was performed by μETA program (BETA CAE Systems S.A., Thessaloniki, Greece). A statistical analysis was performed with the Matlab 7.1.1.0, statistical software. A pair-wise comparison test was used to reveal the effect of each independent variable on the stress distribution. Results. Data analysis showed statistically significant differences in stress distribution when the different ceramic materials were considered, regardless of the different preparation depths and designs. The maximun von Mises stress values in the dental tissue structures were observed for all models of the feldspathic ceramic, while the maximun von Mises stress in the structure of the ceramic veneer were observed for all models of the ceramic material SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 (IPS Empress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein). The depth of preparation demonstrated statistical significant differences in the stress distribution in all the studied structures, except for the enamel where the difference in the preparation depth, did not affect significantly the stress distribution in the enamel’s structure. No statistical significant differences were detected in the stress distribution, among the different models, when the preparation design was considered. Conclusions. The results of this study suggest that the restoration of a maxillary central incisor with ceramic veneer reproduces the biomechanical properties of an intact tooth regardless the restorative ceramic material and the preparation depth and design. The highest von-Mises stress values were detected on the area of the cervical enamel, bucally and palatally, next to the cementoenamel junction, for all the combinations of restored incisors , as well as for the intact tooth and for the unrestored prepared tooth. Heat-pressed glass ceramic material of the system SiO2-LiO2-K2O–ZnO-P2O5-Al2O3-La2O3 (IPS Empress 2, Ivoclar, Schaan, Liechtenstein), presented the lowest transfer of stresses in underlying dental tissues. Regarding the influence of the preparation depth on the stress distribution, it must be noted that the deep preparation, better restores the natural stress distribution under load, than the thin preparation. Finally, the different preparation designs did not affect statistical significally the stress field developed in maxillary central incisors restored by means of porcelain veneers.