Ağız içi sıcaklık değişimlerinin farklı materyallerle hazırlanan inley restorasyonları ve diş dokuları üzerindeki termal stres etkisinin üç boyutlu sonlu elemanlar stres analiz yöntemi ile incelenmesi

Abstract

Sıcak ve soğuk yiyecek ve içeceklerin günlük alımı esnasında oral kavitede ani sıcaklık değişimleri meydana gelmektedir. Bu çalışmada, alt 1. molar dişte farklı restoratif materyaller kullanılarak hazırlanan Sınıf 2 MOD inley restorasyonlarda ağız içi sıcaklık değişimleri sonucu restorasyon ve diş dokularında oluşan zamana bağlı sıcaklık dağılımı ve termal stresler incelenmiştir. Ayrıca termal ve mekanik yüklemenin birlikte yapılması ile çiğneme kuvvetleri taklit edilerek meydana gelen termomekanik stresler de üç boyutlu sonlu elemanlar analiz yöntemi ile değerlendirilmiştir. Mandibular 1. Molar dişin üç boyutlu sonlu elemanlar modeli Hypermesh (Altair Engineering, Inc.) programı kullanılarak oluşturulmuştur. Alt 1. molar diş ve çevreleyen kemik dokusu üç boyutlu olarak modellenmiştir. Model; mine, dentin, pulpa, çevreleyen kemik dokusu, periodontal ligament, inley restorasyonları (Tip 2 dental altın, seramik ve kompozit rezin) ve adeziv rezin simanı içermektedir. Çalışmanın ilk aşamasında; ağız içi başlangıç sıcaklığın 36 °C olduğu kabul edilmiş ve 36 °C'den 4 ve 60 °C'ye ulaşan sıcaklık değişimi 2 sn süreyle taklit edilerek modelde oluşan zamana bağlı sıcaklık dağılımı incelenmiştir. İkinci aşamada, sıcaklık dağılım analizinde 2. saniyedeki sıcaklık değerleri temel alınarak termal stres analizi yapılmıştır. Restorasyonlar ve diş dokularında meydana gelen termal stresler hesaplanmıştır. Son aşamada 2 sn süreyle 4 °C ve 60 °C sıcaklık uygulaması ile eş zamanlı olarak yapılan 200 N mekanik yükleme sonucu oluşan stres paterni incelenmiştir. Yapılan termal ve termomekanik stres analizleri sonucu mine, dentin, restoratif materyaller ve simanda 2. saniyenin sonunda oluşan von Mises, basma, çekme ve makaslama stresleri değerlendirilmiştir. Çalışmamızda incelenen restoratif materyallerin termal özellikleri farklı olmasına rağmen, her iki sıcaklık koşulu (4 °C ve 60 °C) için de, 2. saniye sonunda diş dokuları (mine, dentin, pulpa) ve restorasyonlarda meydana gelen sıcaklık dağılımı her üç restorasyon modeli arasında benzerdir. Pulpada görülen sıcaklık değişimi pulpada hasar meydana getirdiği belirtilen 42 °C'ye ulaşmamıştır. Sıcaklık değişimleri sonucu oluşan en yüksek termal stres değerleri minede servikal bölgede yoğunlaşmıştır. Sıcak uygulaması ile karşılaştırıldığında, 4 °C sıcaklık koşulları daha yüksek termal stres değerleri oluşturmuştur. Eş zamanlı termomekanik yükleme koşulları, diş dokuları ve restoratif materyallerde yüksek stres değerleri meydana getirmiştir. Termomekanik yükleme sonucu restoratif materyallerin kendi yapısında oluşan ve diş dokularına iletilen stresler restorasyon modelleri arasında karşılaştırıldığında, değerlerin birbirine yakın olduğu görülmüştür. Ancak rezin simanda meydana gelen stres dağılımı karşılaştırıldığında, kompozit rezin inley modelinde daha düşük stres değerleri görülmektedir. Dental altın ve seramik inleylerde gingival taban ve aksiyal duvarda oluşan streslerin simanda adeziv başarısızlık meydana getirebilecek büyüklükte olduğu gözlenmiştir. İncelenen restorayonlar arasında kompozit rezin inleylerin adeziv başarısızlığın önlenmesi açısından daha iyi bir seçenek olabileceği öngörülmüştür.

During daily consumption of hot and cold food and drinks, rapid thermal changes occur in the oral cavity. In this study, temperature distribution by time and thermal stresses that result from oral temperature changes were investigated on a mandibular tooth restored by three different class 2 MOD inlay restoration. In addition, with the simultaneous thermal and mechanical loading the impact of mechanical loads on the stress distribution was evaluated by using 3-dimensional finite element analysis.The 3-D finite element model of mandibular first molar was created by the Hypermesh software program (Altair Engineering, Inc.). The model includes enamel, dentin, pulp, surrounding bone, periodontal ligament, inlay restorations of Type 2 dental gold alloy, ceramic and composite resin and adhesive resin cement. In the first part of the study, the tooth was assumed to initially have a temperature of 36 °C and temperature distributions were calculated by the time in the model, after simulated temperature changes from 36°C to 4 or 60°C for 2 s time period. In the second step, the thermal stress analysis was performed based on the temperature values at 2 s and the thermal stresses on the tooth structures and restorations were evaluated. In the last step, stress patterns were analyzed after simulated temperature changes from 36°C to 4 or 60°C for 2 seconds with 200-N mechanical loading. After the thermal and thermomechanical stress analysis, von Mises, compressive, tensile and shear stresses at 2 s which occured in enamel, dentin, restorative materials and resin cement were evaulated.Although the thermal properties of restorative materials which evaulated in our study significantly differ, the temperature distribution at 2 s in tooth structures (enamel, dentin, or pulp) and restorative materials were similar in the three restoration models, for both thermal conditions. The pulpal temperature rise did not exceed the threshold temperature of 42 ºC for pulpal damage. Temperature changes generated maximum thermal stresses at the cervical region of the enamel. 4 °C cold conditions caused higher stresses compared with hot conditions. Simultaneous thermomechanical loads caused high stress patterns in inlay-restored teeth. In the simultaneous thermomechanical loading conditions, type II gold alloy, ceramic, and composite resin inlays showed similar stress distribution in the tooth structures and restorative materials. However, when the stress distribution in the resin cement compared, composite resin inlay model exhibited lower stress patterns. The stresses that occured at the gingival floor and axial walls of gold and ceramic inlays were high magnitude which may contribute to adhesive failure. Composite resin inlays may be the better choice to avoid adhesive failure.