DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04273-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38702708
تاريخ النشر: 2024-05-03
المؤلف: Islam T. Fathey وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس الدراسة مقاومة الكسر لثلاثة مواد جمالية غير معدنية تستخدم في ترميمات الجذع والعمود المخصص: مركب مدعم بألياف الزجاج (FRC)، بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)، وشبكة سيراميك مشبعة بالبوليمر (PICN). تم إعداد تسعة وثلاثين سنًا مركزيًا علويًا بشريًا ذي جذر واحد تم معالجته من قبل الجذور، وتم تخصيصه عشوائيًا لاستقبال أحد أنواع المواد الثلاثة. تم تصنيع الترميمات باستخدام التصميم والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAD-CAM) وتم تثبيتها باستخدام أسمنت راتنج ذاتي الالتصاق. تم اختبار مقاومة الكسر باستخدام آلة اختبار عالمية، وتم تحليل أنماط الفشل من خلال المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
أشارت النتائج إلى أن FRC أظهر أعلى متوسط حمل كسر (452.60 ± 105.90 N)، تلاه PICN (426.76 ± 77.99 N)، بينما أظهر PEEK أقل حمل كسر (286.16 ± 67.09 N). ومن الجدير بالذكر أن 46.2% من عينات PICN تم تصنيفها على أنها غير قابلة للإصلاح، مقارنة بـ 58.8% لـ PEEK و61.5% لـ FRC. تستنتج الدراسة أن كل من FRC وPICN يوفران مقاومة كسر مرضية مقارنة بـ PEEK، دون وجود اختلافات كبيرة في إمكانية الإصلاح بين المواد بعد الفشل.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحديات المرتبطة بالأسنان المعالجة من قبل الجذور (ETT)، والتي تكون أكثر عرضة للكسر بسبب فقدان كبير في بنية الأسنان نتيجة التسوس والعلاج. لمعالجة هذه المشكلة، يُوصى بتقنيات الترميم مثل تغطية القمة وترميمات الجذع والعمود. بينما تُستخدم الأعمدة الجاهزة بشكل شائع، فإن شكلها الدائري لا يتناسب جيدًا مع قنوات الجذر البيضاوية، مما يؤدي إلى زيادة سمك الأسمنت وتقليل الاحتفاظ. توفر ترميمات الجذع والعمود المخصصة احتفاظًا أفضل ولكن قد تعاني من عدم دقة التصنيع.
تسلط الورقة الضوء على التقدم في تكنولوجيا التصميم والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAD-CAM)، والتي تسمح بتصنيع دقيق لترميمات الجذع والعمود باستخدام مواد مثل مركب مدعم بألياف الزجاج (FRC)، بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)، وشبكة سيراميك مشبعة بالبوليمر (PICN). تمتلك هذه المواد معاملات مرونة تتطابق بشكل وثيق مع العاج، مما يوفر امتصاصًا فعالًا للصدمات ويقلل من الضغط على بنية الأسنان. تهدف الدراسة إلى تقييم مقاومة الكسر وأنماط الفشل لثلاثة ترميمات جمالية غير معدنية مخصصة للجذع والعمود تم إنشاؤها من خلال سير عمل رقمي كامل، مع فرضية العدم التي تنص على أنه لن يكون هناك اختلاف كبير في مقاومة الكسر بين المواد المختبرة.
طرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل قوة باستخدام برنامج GPower 3.1.9.4 لتحديد حجم العينة المناسب، مع افتراض خطأ ألفا بنسبة 5% وقوة دراسة بنسبة 80%. قدمت الأدبيات السابقة قيم مقاومة كسر متوسطة لمواد مختلفة، بما في ذلك المركبات المدعمة بالألياف (367.06 ± 72.34)، والشبكات السيراميكية المشبعة بالبوليمر (271.06 ± 69.57)، وأعمدة وعمود PEEK (379.4 ± 119.8). بناءً على حجم تأثير قدره 0.55، كان حجم العينة المحسوب 12 لكل مجموعة، والذي تم تعديله إلى 13 لأخذ الأخطاء المحتملة في المختبر في الاعتبار، مما أسفر عن حجم عينة إجمالي قدره 39 (3 مجموعات × 13 لكل مجموعة).
تم الحصول على الموافقة الأخلاقية من مجلس المراجعة المؤسسية بكلية طب الأسنان بجامعة الإسكندرية. استخدمت الدراسة تسعة وثلاثين سنًا مركزيًا علويًا بشريًا، تم استخراجه لأسباب لثوية، والتي خضعت لتقييمات بصرية وأشعة سينية دقيقة لضمان خلوها من العلاجات الجذرية، والترميمات، والتسوس، والشقوق الهيكلية، أو الامتصاص الداخلي. تم استخدام عدسة مكبرة 6x وإضاءة LED للكشف عن الشقوق، مما يسمح بالتحديد الدقيق واستبعاد العينات المتأثرة. بعد هذه التقييمات، خضعت الأسنان لتنظيف بالموجات فوق الصوتية لتحضيرها لمزيد من الفحص.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن متوسط مقاومة الكسر اختلف بشكل كبير بين المواد المختبرة، حيث أظهر المركب المدعم بالألياف (FRC) أعلى متوسط مقاومة كسر عند $452.60 \pm 105.90 \, \text{N}$، تلاه شبكة السيراميك المشبعة بالبوليمر (PICN) عند $426.76 \pm 77.99 \, \text{N}$، وبولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) عند $286.16 \pm 67.09 \, \text{N}$. أكدت التحليلات الإحصائية باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه وجود اختلافات كبيرة بين المجموعات، حيث كشفت اختبارات بونفيروني بعد ذلك عن عدم وجود اختلاف كبير بين FRC وPICN، بينما كان PEEK مختلفًا بشكل كبير عن كلاهما (p < 0.05). لم تظهر أنماط الفشل وإمكانية الإصلاح اختلافات كبيرة عبر المجموعات. كشفت الفحوصات البصرية وتقنيات التصوير، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، عن أنماط كسر مميزة. أظهرت عينات FRC بشكل أساسي كسورًا ملائمة تتميز بفصل العمود، بينما تضمنت النتائج غير الملائمة تلف العمود وكسور جذر عمودية تحت نقطة التقاء المينا والعاج (CEJ). عرضت عينات PEEK انفصالًا ملائمًا دون كسور في المكونات، لكنها أيضًا تعرضت لكسور جذر عمودية. في المقابل، أظهرت عينات PICN كسورًا ملائمة داخل أجزاء العمود، لكنها أيضًا قدمت كسور جذر عمودية وكسور في العمود. سلط تحليل SEM الضوء على الخصائص السطحية لكل مادة، حيث أظهر FRC تشققات تشبه الفرشاة، بينما أظهر PEEK سطحًا ناعمًا، وكشفت PICN عن سطح خشن يدل على تباين المكونات.
مناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون مقاومة الكسر وأنماط الفشل لمواد ترميم الجذع والعمود المختلفة (المركب المدعم بالألياف (FRC)، بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK)، وشبكة سيراميك مشبعة بالبوليمر (PICN)) في الأسنان المركزية العلوية المعالجة من قبل الجذور. تم إعداد العينات بدقة ومعيارية، مع التركيز على استخدام سير عمل رقمي كامل لتصنيع الترميمات. أشارت النتائج إلى أن FRC وPICN المطحونة باستخدام CAD-CAM أظهرت مقاومة كسر مرضية، مع قيم متوسطة تبلغ 452.60 ± 105.90 N و426.76 ± 77.99 N، على التوالي، متجاوزة القوة الإطباقية القصوى للأسنان العلوية. في المقابل، أظهرت ترميمات PEEK مقاومة كسر أقل عند 286.16 ± 67.09 N.
كما قيمت الدراسة أنماط الفشل، كاشفةً عن عدم وجود اختلافات كبيرة بين المجموعات. بينما أظهر FRC أقل إمكانية للإصلاح بعد الفشل، كانت نتائج PICN وPEEK أكثر ملاءمة. أشار المؤلفون إلى أن الخصائص المرنة للمواد، وخاصة تلك الخاصة بـ PEEK، ساهمت في توزيع الضغط وأنماط الفشل، حيث أظهر PEEK قابلية للتمدد سمحت بالتشوه تحت الضغط دون كسر فوري. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على إمكانيات تكنولوجيا CAD-CAM في تعزيز دقة وكفاءة ترميمات الجذع والعمود، بينما تسلط الضوء أيضًا على أهمية اختيار المواد في تحسين مقاومة الكسر وإمكانية الإصلاح في الممارسة السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04273-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38702708
Publication Date: 2024-05-03
Author(s): Islam T. Fathey et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study investigates the fracture resistance of three non-metallic aesthetic materials used for custom post and core restorations: glass fiber-reinforced composite (FRC), polyetheretherketone (PEEK), and polymer-infiltrated ceramic-network (PICN). A total of thirty-nine endodontically treated single-rooted human maxillary central incisors were prepared and randomly assigned to receive one of the three material types. The restorations were fabricated using computer-aided design and manufacturing (CAD-CAM) and cemented with self-adhesive resin cement. Fracture resistance was tested using a universal testing machine, and failure modes were analyzed through stereomicroscopy and scanning electron microscopy (SEM).
Results indicated that FRC exhibited the highest average fracture load (452.60 ± 105.90 N), followed by PICN (426.76 ± 77.99 N), while PEEK demonstrated the lowest fracture load (286.16 ± 67.09 N). Notably, 46.2% of PICN specimens were classified as non-restorable, compared to 58.8% for PEEK and 61.5% for FRC. The study concludes that both FRC and PICN provide satisfactory fracture resistance compared to PEEK, with no significant differences in restorability observed among the materials post-failure.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the challenges associated with endodontically treated teeth (ETT), which are more prone to fractures due to significant loss of tooth structure from decay and treatment. To address this issue, restorative techniques such as cuspal coverage and post and core restorations are recommended. While prefabricated posts are commonly used, their circular shape does not fit well with the elliptical root canals, leading to increased cement thickness and reduced retention. Custom post and core restorations offer better retention but may suffer from fabrication inaccuracies.
The paper highlights the advancements in Computer-Aided Design and Computer-Aided Manufacturing (CAD-CAM) technology, which allows for the precise fabrication of post and core restorations using materials like glass fiber-reinforced composite (FRC), polyetheretherketone (PEEK), and polymer-infiltrated ceramic-network (PICN). These materials have elastic moduli that closely match dentin, providing effective shock absorption and reducing stress on the tooth structure. The study aims to evaluate the fracture resistance and failure patterns of three non-metallic esthetic custom post and core restorations created through a fully digital workflow, with the null hypothesis stating that there would be no significant difference in fracture resistance among the materials tested.
Methods
In this study, a power analysis was conducted using GPower 3.1.9.4 software to determine the appropriate sample size, assuming an alpha error of 5% and a study power of 80%. Previous literature provided mean fracture resistance values for various materials, including fiber-reinforced composites (367.06 ± 72.34), polymer-infiltrated ceramic networks (271.06 ± 69.57), and PEEK posts and cores (379.4 ± 119.8). Based on an effect size of 0.55, the calculated sample size was 12 per group, which was adjusted to 13 to account for potential laboratory errors, resulting in a total sample size of 39 (3 groups × 13 per group).
Ethical approval was obtained from the Institutional Review Board of the Faculty of Dentistry at Alexandria University. The study utilized thirty-nine human maxillary central incisors, extracted for periodontal reasons, which underwent thorough visual and radiographic assessments to ensure they were free from endodontic treatments, restorations, carious lesions, structural cracks, or internal resorption. A 6x magnifying loupe and LED transillumination were employed to detect cracks, allowing for precise localization and exclusion of affected specimens. Following these assessments, the teeth underwent ultrasonic cleaning to prepare them for further examination.
Results
The results of the study indicate that the mean fracture resistance varied significantly among the tested materials, with Fiber-Reinforced Composite (FRC) exhibiting the highest mean fracture resistance at $452.60 \pm 105.90 \, \text{N}$, followed by Polymer-Infiltrated Ceramic Network (PICN) at $426.76 \pm 77.99 \, \text{N}$, and Polyether Ether Ketone (PEEK) at $286.16 \pm 67.09 \, \text{N}$. Statistical analysis using one-way ANOVA confirmed significant differences among the groups, with Bonferroni post-hoc tests revealing no significant difference between FRC and PICN, while PEEK was significantly different from both (p < 0.05). Failure modes and restorability did not show significant differences across the groups. Visual examinations and imaging techniques, including scanning electron microscopy (SEM), revealed distinct fracture patterns. FRC samples predominantly exhibited favorable fractures characterized by core separation, while unfavorable outcomes included post damage and vertical root fractures below the cementoenamel junction (CEJ). PEEK samples displayed favorable dislodgement without component fractures, yet also experienced vertical root fractures. In contrast, PICN samples showed favorable fractures within core segments, but also presented unfavorable vertical root fractures and post fractures. SEM analysis highlighted the surface characteristics of each material, with FRC showing brush-like cracking, PEEK exhibiting a smooth surface, and PICN revealing a rough surface indicative of component heterogeneity.
Discussion
In this study, the authors investigated the fracture resistance and failure modes of different post and core restoration materials (fiber-reinforced composite (FRC), polyether ether ketone (PEEK), and polymer infiltrated ceramic network (PICN)) in endodontically treated maxillary central incisors. The specimens were meticulously prepared and standardized, with a focus on utilizing a fully digital workflow for the fabrication of restorations. The findings indicated that CAD-CAM milled FRC and PICN exhibited satisfactory fracture resistance, with mean values of 452.60 ± 105.90 N and 426.76 ± 77.99 N, respectively, surpassing the maximum occlusal force of maxillary incisors. In contrast, PEEK restorations demonstrated lower fracture resistance at 286.16 ± 67.09 N.
The study also assessed the failure modes, revealing no significant differences among the groups. While FRC showed the least restorability post-failure, PICN and PEEK had more favorable outcomes. The authors noted that the materials’ elastic properties, particularly those of PEEK, contributed to stress distribution and failure patterns, with PEEK exhibiting ductility that allowed for deformation under stress without immediate fracture. Overall, the research underscores the potential of CAD-CAM technology in enhancing the precision and efficiency of post and core restorations, while also highlighting the importance of material selection in optimizing fracture resistance and restorability in clinical practice.