Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы. обзор литературы 56
1.1 О роли научно –инженерного подхода в реставрационной стоматологии 56
1.2 Адгезия и характеристики адгезивного соединения 60
1.2.1 Условия образования адгезивного соединения 62
1.2.2 Механизмы образования адгезивного соединения 65
1.2.3 Количественные характеристики адгезии 68
1.3 Эволюция представлений об адгезии к эмали и дентину 69
1.3.1 Первые адгезивные технологии 71
1.3.2 Cухой бондинг versus влажный бондинг 74
1.3.3 Современная классификация адгезивных систем 75
1.3.4 Химический состав cовременных адгезивных систем 76
1.4 Адгезивное соединение с дентином как уникальная тканно-инженерная конструкция 80
1.5 Гибридный слой – основа адгезивного соединения 82
1.5.1 Состав гибридного слоя 82
1.5.2 Особенности формирования гибридного слоя. Эффект наноподтекания 82
1.6 Причины и механизмы деградации адгезивного соединения 83
1.6.1 Старение гибридного слоя 84
1.6.2 Деградация полимера адгезивной системы 85
1.6.3 Деградация непокрытых полимером коллагеновых волокон во времени 87
1.6.4 Коллагенолитическая активность минерализованного дентина 88
1.7 Пути повышения стабильности и функциональной надежности адгезивного соединения 90
1.7.1 Влажный бондинг этанолом 91
1.7.2 Ингибирование коллагенолитических энзимов 93
2. Материал и методы исследования 97
A. Экспериментальные методы исследования 97
2.1 Материал и методы подготовки биокомпозитов – адгезивных соединений твёрдых тканей зуба и реставрационных материалов для исследования их поверхностной морфологии и химического состава (к главе 4) 97
2.1.1 Биологические ткани и реставрационные материалы 97
2.1.2 Методы изготовления высокоточных распилов. Низкоскоростные прецизионные пилы 98
2.1.3 Методы подготовки поверхности 103
2.1.4 Методы исследования поверхностной морфологии и химического элементного состава адгезивных соединений 106
2.2 Материал и методы визуализации дентин – полимерных интерфейсов (к главам 5,6) 109
2.2.1 Методы введения рентгеноконтрастного наноразмерного маркёра в слабополярную среду адгезивной системы 109
2.2.2 Изготовление образцов реставраций, содержащих адгезивные соединения дентина и полимерного материала адгезивной системы с введёнными наноразмерными рентгеноконтрастными маркёрами 114
2.2.3 Методы визуализации глубины проникновения мономеров адгезивной системы в ткани дентина 115
2.3 Материал и экспериментальные методы исследования влияния наноразмерного серебряного наполнителя на прочностные и упругие свойства адгезивной системы (к главе 5) 116
2.3.1 Изготовление тестовых образцов адгезивной системы 116
2.3.2 Механические испытания образцов. Универсальная одноколонная испытательная машина 125
2.4 Материал и методы измерения твёрдости поверхностного слоя адгезивной системы (к главе 5) 128
2.4.1 Изготовление образцов адгезивной системы 128
2.4.2 Метод непрерывного инструментального (измерительного) индентирования 130
2.4.3 Световая микроскопия в исследовании морфологии поверхности адгезивной системы 137
2.4.4 Измерение толщины слоя адгезивной системы. Метод 3D бесконтактной профилометрии 137
2.5 Материал и методы исследования особенностей взаимодействия дентина и полимера адгезивной системы (к главе 6) 139
2.5.1 Изготовление композитных реплик дентина 139
2.5.2 Методы исследования поверхностной морфологии и химического состава композитных реплик дентина 141
2.6 Материалы и методы исследования деградации адгезивного соединения под воздействием перепада температур (к главе 7) 142
2.6.1 Изготовление образцов адгезивных соединений 142
2.6.2 Методика испытаний образцов термоударами. Термоциклирование 143
2.6.3 Методы визуализации поверхности интерфейсов адгезивного соединения. Контактная атомно – силовая микроскопия. Растровая электронная микроскопия 145
2.7 Материал и методы исследовании надёжности адгезивных соединений постэндодонтических реставраций (к главе 8) 147
2.7.1 Предсказательное математическое моделирование напряженно-деформированных состояний адгезивных соединений в составе реставрационных конструкций эндодонтически лечённых зубов. CAD/CAM и САЕ системы. Метод конечных элементов 147
2.7.2 Методы экспериментального исследования прочности адгезивных соединений постэндодонтических реставраций 165
2.8 Материал и методы исследования инфильтрации наночастиц серебра в коллагеновые волокна деминерализованного дентина (к главе 10) 172
2.8.1 Протокол подготовки образцов дентина 172
2.8.2 Методика введения наночастиц из коллоидного раствора в материал дентина 173
2.8.3 Методы исследования инфильтрации наноразмерными частицами серебра тканей дентина 173
2.9 Материал и экспериментальные методы исследования механизмов формирования кристаллов фосфата кальция на поверхности дентина (к главе 11) 176
2.9.1 Подготовка образцов дентина 176
2.9.2 Методы объёмной визуализации кристаллических образований на поверхности дентина. Растровая электронная микроскопия и программный пакет Alicona 3D - MeX. CAD/CAM системы. Аддитивное изготовление прототипов. Технология 3D – печати 177
2.9.3 Методы исcледования морфологии и химического состава кристаллических образований на поверхности дентина 187
2.9.4 Рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ вещества. Дифрактометрия 187
2.10 Материал и методы исследования феномена
катодолюминесценции твёрдых тканей зуба (к главе 12) 190
2.10.1 Подготовка образцов твёрдых тканей зуба 190
2.10.2 Методы исследования явления катодолюминесценции дентина. Оже-микроскопия. Растровая электронная микроскопия 191
2.10.3 Методы обработки цветовых изображений 194
Б Клинические методы 195
2.11. Методы online анкетирования (к главе 3) 195
2.12. Клинические методы диагностики состояния адгезивных соединений (к главе 9) 196 2.13. Методы анализа цветовых изображений адгезивных соединений in vivo (к главе 9) 197
2.14 Оптические методы диагностики состояния адгезивных соединений in vivo (к главе 9) 201
ГЛАВА 3. Факторы, определяющие надёжность и стабильность дентин - полимерных адгезивных соединений в клинике (по результатам анкетирования) 204
3.1 Результаты опроса мировых экспертов в исследуемой области 204
3.2 Анализ результатов анкетирования 209
ГЛАВА 4. Особенности подготовки биокомпозитов – адгезивных соединений твёрдых тканей зуба и реставрационного полимерного материала для исследования методами оже-, растровой электронной и атомно-силовой микроскопии in vitro 211
4.1 Современное состояние проблемы. Предварительные замечания 211
4.2 Изготовление распилов твёрдых тканей зуба 213
4.3 Протравливание поверхности образцов различными агентами 214
4.4 Обработка образцов ультразвуком 221
4.5 Избранные вопросы специальной подготовки дентина 224 4.5.1 Модификация поверхностной морфологии дентина при длительной экспозиции в растворе этанола 224
4.5.2 Техника высушивания корневого дентина 226
4.5.3 Подготовка коллагеновых волокон деминерализованного дентина 227
4.6 Дегидратация образцов 227
4.7 Напыление проводящего слоя 228
4.8 Особенности подготовки образцов адгезивных соединений к исследованиям in vitro 228
4.9 Выводы по главе 4 236
ГЛАВА 5. Разработка и оптимизация нового класса композитов на основе адгезивной системы и рентгеноконтрастных наноразмерных частиц тяжелых металлов 238
5.1 Предварительные замечания. Рентгеноконтрастные адгезивные системы 238
5.2 Особенности рентгеноконтрастирования материала адгезивной системы 239
5.3 Экспериментальное определение минимально допустимой концентрации рентгеноконтрастного наноразмерного маркёра 241
5.4 Сравнение степени рентгеноконтрастности различных наполнителей 245
5.5. Исследование влияния наноразмерного наполнителя на механические характеристики адгезивной системы 245
5.5.1 Предварительные замечания 245
5.5.2 Экспериментальное исследование прочностных и упругих характеристик образцов адгезивной системы с введенными нанодисперсным наполнителем при деформации растяжения/сжатия 246
5.5.2.1 Зависимости значений предельной нагрузки и модуля Юнга от концентрации серебряного наноразмерного наполнителя при одноосном растяжении образцов адгезивной системы 246
5.5.2.2 Обсуждение результатов 258
5.5.2.3 Механизмы деструкции связей и образования разрывов 259
5.5.2.4. Перколяционные эффекты в структуре адгезива с наноразмерным наполнителем 261
5.5.2.5 Влияние среды адгезива на свойства наполнителя. Заключительные замечания 272
5.5.3 Экспериментальное исследование твёрдости адгезивной системы с введёнными наночастицами серебра в составе адгезивного соединения 273
5.5.4. Факторы, определяющие твёрдость адгезивной системы 280
5.5.4.1 Зависимость твёрдости полимера адгезивной системы от наличия ингибированного кислородом слоя 280
5.5.4.2 Зависимость твёрдости полимерного материала адгезивной системы от времени его экспозиции на воздухе 285
5.5.4.3. Зависимость твёрдости полимерного материала адгезивной системы от времени направленного воздействия видимым светом. Конкуренция процессов направленной полимеризации и её ингибирования кислородом воздуха в определении твёрдости адгезивной системы 288
5.5.4.4 Эволюция морфологии поверхности в процессе полимеризации 307
5.6 Выводы по главе 5 320
ГЛАВА 6 Изучение взаимодействия адгезивной системы с тканями дентина 323
6.1 Результаты визуализация переходных слоёв и интерфейсов адгезивных соединений дентина и полимерного материала адгезивной системы с применением наноразмерных маркёров тяжёлых металлов 323
6.2 Особенности взаимодействия адгезивной системы c введёнными наночастицами серебра и без них с тканями дентина на основе анализа композитных реплик дентина 325
6.2.1 Результаты РЭМ-исследования композитных реплик дентина 325
6.3 Изучение глубины проникновения адгезивных систем различных поколений в материал дентина 331
6.3.1 Предварительные замечания 331
6.3.2 Результаты исследований и их обсуждение 331
6.4. Исследование глубины проникновения адгезивной системы в материал дентина при различной ориентации дентинных канальцев 338
6.4.1 Описание объектов исследования 338
6.4.2 Результаты визуализации дентин – полимерных интерфейсов и переходных слоёв 340
6.5. Выводы по главе 6 345
ГЛАВА 7. Исследование термостабильности адгезивного соединения под воздействием перепада температур 348
7.1 Предварительные замечания 348
7.2 Результаты испытаний адгезивных конструкций термоударами 348
7.3 Обсуждение результатов 360
7.3.1 Автомодельность исследуемых процессов 360
7.3.2 Причины деструкции адгезивных соединений. Циклические напряжения температурного расширения/сжатия vs гидролиз дентин –полимерных связей 360
7.4 Выводы по главе 7 361
8. Исследование надёжности адгезивных соединений постэндодонтических реставраций 363
8.1 Предварительные замечания 363
8.2. Предсказательное математическое моделирование напряженно деформированных состояний реставраций с учётом адгезивных соединений 364
8.2.1 Построение сложной геометрии реставрированного центрального резца верхней челюсти с учётом адгезивных соединений 364
8.2.2 Распределение напряжений и деформаций в реставрационных конструкциях, содержащих различные виды адгезивных соединений, при функциональной нагрузке 366
8.3 Экспериментальное in vitro исследование прочности адгезивных соединений в постэндодонтических реставрациях под воздействием окклюзионной нагрузки 399
8.3.1 Тестируемые конструкции и адгезивные соединения 399
8.3.2 Результаты механических испытаний и их обсуждение 400
8.4 Выводы по главе 8 405
9. Результаты комплексного применения стандартных клинических и малоинвазивных высокотехнологичных методов диагностики состояния адгезивных соединений in vivo 409
9.1 Результаты in vivo диагностики состояния адгезивных
соединений реставраций из композиционных полимерных материалов с применением стандартных клинических методов 409
9.2. Результаты in vivo видеодиагностики состояния адгезивных соединений реставраций из композиционных материалов 410
9.3 Результаты in vivo - оценки состояния адгезивных соединений и скрытых дефектов реставраций методами низкокогерентной оптической компьютерной томографии 435
10. Инфильтрация деминерализованного дентина коллоидными растворами наноразмерных частиц для стимуляции процессов его реминерализации при деструкции адгезивного соединения 440
10.1 Предварительные замечания. Управление процессом развития кариеса. Реминерализация твёрдых тканей зуба 440
10.2 Особенности инфильтрации коллагеновых волокон деминерализованного дентина 441
10.3 Результаты инфильтрации нанодиспергированного серебра в коллагеновые волокна деминерализованного дентина 442
10.4 Выводы по главе 10 448
11. Самопроизвольное формирование кристаллов фосфата кальция на поверхности дентина как путь к устранению дефектов краевого прилегания при деградации адгезивного соединения 449
11.1 Предварительные замечания. О случайных открытиях в науке или о самопроизвольном формировании кристаллофосфатов кальция на поверхности дентина 449
11.2 Объёмная визуализация микроскопических кристаллических образований, формирующихся на поверхности дентина, методами растровой электронной микроскопии и 3D-прототипирования 455
11.2.1 Результаты 3D моделирования кристаллических структур на дентинной матрице методами растровой электронной микроскопии 456
11.2.2 Определение метрических характеристик исследуемых кристаллических структур 462
11.2.3 Аддитивное изготовление прототипов кристаллических образований на поверхности дентина 465
11.3 Применение методов рентгеноспектрального микроанализа для определения химического состава кристаллических структур на поверхности дентина 468
11.4 Механизмы образования кристаллов 477
11.5 Влияние роста кристаллов фосфата кальция на поверхности дентина на размеры элементарных кристаллитов в его объеме 484
11.6 Выводы по главе 11 490
12. Катодолюминесценция – новый дополнительный метод визуальной диагностики химического состава твёрдых тканей ЗУБА 494
12.1 Предварительные замечания 494
12.2 Описание наблюдаемого явления свечения дентина 495
12.3 Изучение катодолюминесценции дентина методами РЭМ 499
12.4 Механизмы свечения дентина 501
12.5 Химический элементный анализ областей свечения дентина 504
12.6 Корреляция химического состава светящейся области и цвета люминесценции 508
12.7. Выводы по главе 12 513
Заключение 515
Выводы 515
Практические рекомендации 531
Публикации по теме диссертационного исследования 534
Библиография 554
- Количественные характеристики адгезии
- Особенности рентгеноконтрастирования материала адгезивной системы
- Результаты РЭМ-исследования композитных реплик дентина
- Объёмная визуализация микроскопических кристаллических образований, формирующихся на поверхности дентина, методами растровой электронной микроскопии и 3D-прототипирования
Количественные характеристики адгезии
Матриксные металлопротеиназы ведут к деградации коллагеновых волокон внутри неполностью инфильтрированных полимерной смолой слоев (Zhang, S.C. и Kern, M., 2009) и потере квазистатических свойств коллагеновой матрицы (Carrilho, M.R., et al., 2009; Tezvergil- Mutluay, A. et al., 2010). Таким образом, применение ингибиторов ММП к деминерализованной коллагеновой матрице перед применением дентинных адгезивов кажется рациональным подходом с целью повышения долговечности дентин-полимерных связей (Pashley, D.H. et al., 2004). Между выбором подходящих неспецифических ингибиторов ММП с целью предотвращения деградации гибридных слоев и созданием специфических ингибиторов ММП для лечения отдельных болезней имеется существенное различие, что, фактически, сводится к вопросу селективности ингибитора. ММП ассоциируются с различными патологическими условиями, связанными с ремоделированием ткани. Несмотря на значительный интерес к разработке синтетических ММП ингибиторов, способных селективно блокировать неконтролируемую активность определенных энзимов в условиях определенной болезни, разработано совсем немного селективных и эффективных лекарств с нужными свойствами, направленными на ингибирование индивидуальных ММП (Li, X. и Wu, J.F., 2010). Структурная гомологичность каталитических участков у представителей семейства ММП является преимуществом при поисках неспецифических ингибиторов ММП, связанных с дентинной матрицей, и ММП слюны.
Так как применение таких ингибиторов к протравленному кислотой дентину аналогично способу применения топикальных препаратов и включает количества, измеряемые в нанограммах, вопрос системной токсичности не является критичным, но, тем не менее, остается важным. Существуют специфические проблемы, связанные с применением ингибиторов ММП – вопросы сродства и их реализация.
Хлоргексидин - бигуанидное антимикробное вещество - было упешно применено с целью ингибирования активности MMП-2, MMП-8 и MMП-9 (Gendron, R. et al., 1999). Исследователи использовали хлоргексидин в качестве неспецифического ингибитора ММП в процессе нанесения адгезива (Pashley, D.H. et al., 2004; Hebling, J. et al., 2005; Carrilho, M.R. et al., 2007; De Munck, J., et al., 2009). При использовании адгезивов класса etch-and-rinse хлоргексидин может быть применен прямо к деминерализованному дентину или введен в состав кислотного кондиционера перед нанесением адгезива, что, как было показано, является эффективным средством для уменьшения деградации дентин-полимерных связей после процесса старения in vivo (Hebling, J. et al., 2005; Carrilho, M.R. et al., 2007; Brackett, M.G. et al., 2009; Ricci, H.A. et al., 2010).
Другой неспецифический ингибитор ММП GM 6001 (Galardin) часто используется как эталонный ингибитор в наборах ММП образцов. Galardin был использован как экспериментальный праймер на протравленном кислотой дентине перед применением etch-and-rinse адгезива и способствовал предотвращению деградации гибридного слоя по прошествию 12-месячного периода (Breschi, L. et al., 2010). Поливинилфосфоновая кислота (Tezvergil-Mutluay, A. et al., 2010) и бензалкония хлорид также обладали типичной MMP активностью.
Химически модифицированные тетрациклины (то есть, тетрациклины, у которых отсутствует антибиотическая активность, но сохраняется анти - ММП активность) являются эффективными неспецифическими ингибиторами и использовались в качестве ингибиторов ММП в экспериментальных моделях кариеса (Sulkala, M. et al., 2001) и пародонтита (Tjderhane, L. et al., 2007). Однако, они не применялись с целью предупреждения деградации гибридных слоев, так как могли окрасить зубы в пурпурный цвет.
Одним из преимуществ использования хлоргексидина как антимикробного вещества является то, что он обладает сродством, находясь в связи с минерализованным дентином на протяжении, по крайней мере, 12 недель (Mohammadi, Z. и Abbott, P.,V., 2009). Было показано, что деминерализованный дентин может связывать больше хлоргексидина, чем минерализованный (Kim, J., 2010). Хотя связывание по своей природе является электростатическим и обратимым процессом, НЕМА не мешает связыванию, и хлоргексидин остается связанным с деминерализованным дентином после проведения процедуры нанесения адгезива (Kim, J., 2010). Это может быть причиной длительной эффективности хлоргексидина как ингибитора ММП в дентин-полимерных адгезивных соединениях. Относительно большое количество хлоргексидина остается связанным с частично или полностью деминерализованным дентином, помещенным в фосфат-буферную солевую среду (по крайней мере в течение 8 недель), и нарушение связывания не происходит в течение первых тридцати минут после инкубации. (Carrilho, M.R. et al., 2010). Поскольку механизм связывания носит исключительно электростатический характер (Blackburn, R.S. et al., 2007), существует вероятность того, что хлоргексидин может, в конечном счете, быть замещен конкурирующими катионами из дентинной жидкости или слюны. Все вышеуказанное может объяснить то, что связи к хлоргексидину протравленного кислотой дентина с нанесенным адгезивом с применением техники "влажного бондинга" сохраняются по прошествии 9 месяцев, но после 18 месяцев отмечается деградация гибридного слоя (Sadek, F.T. et al., 2010).
Сделанное замечание наводит на мысль о возможности химического присоединения хлоргексидина к мономерам с целью создания хлоргексидин- метакрилатов (Luthra, A.K. и Sandhu, S.S., 2005) с последующим введением таких соединений с анти-ММП потенциалом в материал адгезивной системы.
Особенности рентгеноконтрастирования материала адгезивной системы
При фиксации внутрикорневых армирующих стекловолоконных конструкций в традиционных методиках для высушивания корневого дентина используются бумажные пины, применение которых не позволяет сохранить пространственную ориентацию коллагеновых волокон деминерализованного кислотой поверхностного слоя дентина. Для решения этой проблемы в диссертационном исследовании предложено оригинальное устройство на основе маломощного мембранного компрессора низкого давления с фиксированной гибкой пластиковой трубкой и иглой (например, иглой эндодонтического шприца) (см. рис. 4.11, а).
Для высушивания канала, игла вводится в корневой канал и при включённом компрессоре постепенно выводится, что позволяет сохранить структуру поверхности дентина корневого канала и, таким образом, создать благоприятные условия для проникновения адгезивной системы в объём дентина (см. рис. 4.11, б).
Разработанное устройство может также применяться для высушивания дентина корня зуба при проведении эндодонтического лечения, что исключает проникновение микроволокон пина в периодонтальное пространство.
При исследовании процесса инфильтрации наноразмерными частицами коллагеновых волокон деминерализованного дентина подготовка экспериментальных образцов (фиксация 3% глутаральдегидом в 0,1M какодиловом буфере и деминерализация муравьиной кислотой) осуществлялась согласно протоколу, предложенному в (Besinis, A. et al, 2012) и подробно описанному в разделе 2.8.1 главы 2.
Необходимым условием проведения растровой электронной и Оже-микроскопии биологических объектов является их дегидратация и дегазация.
Заметим, что при изучении морфологии образцов методами атомно – силовой микроскопии этот и последующие этапы подготовки образцов опускаются.
С целью дегидратации образцы проводились через растворы этилового спирта с повышающейся концентрацией от 40 до 95% и общим временем экспозиции – 12 часов (Janda, R., 1995). Окончательная дегидратация и дегазация образцов проводились в камере глубокого вакуума в комплекте автоматической напылительной установки Emitech K450X, «Emitech», England (см. рис. 2.6,б и описание к нему в разделе 2.1.3 главы 2) в течение 4 часов. Следует отметить, что степень вакуума в камере была сравнима или превышала степень вакуума предметной камеры РЭМ или Оже –микроскопа.
Побочным эффектом дегидратации и дегазации может быть появление трещин на поверхности образцов.
Поверхности исследуемых образцов покрывались слоем золота толщиной порядка 10 нм для создания проводящего слоя (см. рис. 2.6, в и описание к нему в разделе 2.1.3 главы 2). Выбор элемента напыления определялся его отсутствием в материалах исследуемого образца и контрастном веществе, что позволяло исключить золото при анализе химического элементного состава.
Разработанная методика подготовки материала дентина к исследованиям in vitro была применена к биокомпозитам – адгезивным соединениям твёрдых тканей зуба, а именно дентина, и композиционного полимерного материала. Однако подготовка образцов адгезивных соединений имеет ряд особенностей. Адгезивные соединения дентина и полимера по своей сути являются гибридными материалами, обладающими новыми свойствами по сравнению со свойствами составляющих их компонентов.
Механическое давление, оказываемое на образец в процессе резки, может привести к разрушению дентин – полимерных связей на микро – и нано – уровне и деструкции интерфейсов адгезивного соединения. Пример такого разрушения адгезивной конструкции “дентин – адгезивная система – композиционный материал” в результате механического воздействия на образец представлен на рис. 4.12.
Деструкция адгезивного соединения в процессе резки Следует отметить, что причинами деструкции, приводящими к разрушению образца, могут быть также длительная дегидратация и дегазация образца в вакууме.
Кроме того, при механической обработке (шлифовании и полировании) поверхностей интерфейсов адгезивных соединений, а также воздействии на них химическими агентами обнаружены изменения в поверхностной морфологии границ ввиду различий физико – химических свойств составляющих биокомпозит материалов.
При изучении морфологии интерфейсов адгезивного соединения дентина и композиционного полимерного материала методами контактной атомно –силовой микроскопии, не требующей дегидратации образцов и напыления проводящего слоя, зафиксированы изменения поверхностной морфологии интерфейсов соединений дентина и полимерного материала, образовавшиеся в результате полирования (рис. 4.13) и кислотного протравливания (рис. 4.14).
Характерной особенностью рельефа поверхности образца, представленного на рис. 4.13, является прогиб в области адгезивного соединения глубиной порядка пяти микрон, являющийся наглядным подтверждением тому, что механическая обработка поверхности реставрации приводит к повышенному истиранию материала адгезивной системы, менее твёрдого по сравнению с дентином и композиционным материалом.
Результаты РЭМ-исследования композитных реплик дентина
Определение стоматологического статуса пациентов продемонстрировало высокую интенсивность развития кариеса как у мужчин, так и у женщин (без выраженной корреляции), принимавших участие в клиническом обследовании. Значения индексов КПУ, УИК и ГИ в исследуемых группах достоверно не различались (индекс КПУ: 12,0–16,0 индекс УИК: 0,51–0,63; индекс эффективности гигиены ГИ: 1,6–2.1).
Из общего числа исследованных пломб (1440), количество реставраций, у которых визуально определяемые оптические характеристики интерфейса адгезивного соединения эмали и полимерного материала (цвет, прозрачность) не были изменены, составило 38%, а количество реставраций с удовлетворительной степенью краевой интеграции - порядка 15%.
При разработке оптимального алгоритма повторного инвазивного вмешательства с целями перелечивания (замены реставраций неудовлетворительного качества) и определения его целесообразности в комплексе со стандартными клинико- инструментальными методами диагностики использовались методы видеодиагностики зон адгезивных соединений с их цифровой обработкой, а также методы низкокогерентной оптической компьютерной томографии.
Следует отметить, что неудовлетворительное качество реставраций определялось прежде всего с точки зрения их функциональности, скорее чем эстетических характеристик, то есть реставрации, у которых 409 оптические параметры композиционного полимерного материала отличались от таковых твердых тканей зуба, но при этом эмалево-полимерные, дентин - полимерные связи не были нарушены и определялась отличная краевая интеграция и отсутствие окрашивания интерфейсов, считались удовлетворительного качества и не подлежали замене. Об объективизации методов оценки окрашивания эмалево-полимерных интерфейсов и краевой интеграции эмали и дентина к полимеру будет обсуждаться далее.
9.2. Результаты in vivo видеодиагностики состояния адгезивных соединений реставраций из композиционных материалов
Видеодиагностика состояния адгезивных соединений реставраций из композиционных материалов и их количественная оценка проводилась в два этапа. На первом этапе были получены цветные фотографии реставраций высокого качества в режиме макросъемки с использованием профессионального оборудования. Реставрации выбирались в соответствии со следующими критериями: срок функционирования реставрации составлял от трех с половиной лет, уровень гигиены полости рта оценивался как "хороший" или выше, пациент регулярно посещал стоматолога с целью профилактических осмотров.
На втором этапе выбирались области цветовых изображений реставраций для анализа, включающие эмалево- полимерные соединения. Цветовое изображение преобразовывалось в черно- белое по заданному алгоритму и импортировалось в программный комплекс PTC MathCad Express. Далее программно проводилась визуализация зоны интерфейса эмали и композиционного материала в составе выбранных областей и в нескольких точках по построенным профилям (а,b,с) определялись значения ширины зоны.
Методика эксперимента детально описана в пункте 2.13 главы 2 и сопровождается рис. 2.61-2.62. Результаты применения разработанного и практически реализованного алгоритма представлены на примерах.
На рис. 9.1- 9.6 представлен пример визуализации и цифровой обработки цветовых изображений реставраций. Пациентка 16,5 лет, обратилась к стоматологу с целью профилактического осмотра реставраций, выполненных 4 года назад на 11, 21d в связи с травмой.
На рис. 9.1 представлен общий вид фронтальной группы зубов. На рис. 9.2 отмечены цветовые, выбранные для анализа области реставраций, включающие адгезивные соединения эмали и композиционного материала.
Рис. 9.2 Пример цветового изображения реставрации с выбранными для цифровой обработки областями, содержащими эмалево- полимерные соединения
Для каждой из выбранных областей 1- 6 проводился цветовой анализ зон интерфейсов в нескольких точках по выбранным пользователем (то есть врачом) профилям а,б,с согласно описанному выше протоколу.
На рис. 9.3-9.9 для каждой из областей 1-6 представлены черно- белые изображения анализируемых областей (в) и построенные по ним профили интенсивности цвета вдоль выбранных линий (г,д,е), позволяющие определить ширину зоны интерфейса в искомой точке. Цветовая визуализация анализируемых зон адгезивного соединения в 2D- и 3D-измерениях, показывающая распределение высот в соответствии с распределением интенсивности цвета, добавляет наглядности в проводимый анализ.
Следует отметить, что результаты, полученные методом видеодиагностики и цифровой обработки изображений, находятся в полном соответствии с результатами, полученными с применением стандартных клинико-диагностических методов обследования. Области 1-3 характеризуются достаточно широкой (порядка 100 микрон) областью адгезивного соединения, в то время как для областей 4- 6 последняя близка к нулю, что свидетельствует о плотном контакте полимерного материала с эмалью. Кроме того, разработанный метод позволяет объективизировать и в какой-то степени формализовать оценку не только функциональности, но и эстетичности реставрационной конструкции. Например, 2D и 3D изображения областей 4-6 указывают на значительный градиент интенсивности цвета при переходе через границу "эмаль- полимерный материал", что свидетельствует о различных оптических свойствах материалов, образующих биокомпозит.
С точки зрения функциональности, применение стандартных методов клинико- диагностического обследования и методов видеодиагностики указывает на удовлетворительное качество адгезивных соединений в областях 4-6.
Другим показательным с точки зрения клинициста примером является применение метода видеодиагностики для оценки эффективности, а иногда и целесообразности применения полирования реставрации из композиционного полимерного материала как метода выбора при необходимости ее коррекции.
Пациент 25 лет обратился с целью профилактического осмотра. Была проведена оценка состояния реставраций 25, 26d, выполненных 3,5 года назад. Применение стандартных клинико- диагностических методов обследования указало на необходимость малоинвазивного вмешательства -полирования реставрации. Видеодиагностика эмалево- полимерных соединений в выбранных областях 1,2,3 (см. рис. 9.9) проводилась с целью оценки эффективности полирования и принятия решения о необходимости коррекции/замены реставрации. Результаты цифровой обработки изображений до и после полирования представлены на рис. 9.10-9.16.
Объёмная визуализация микроскопических кристаллических образований, формирующихся на поверхности дентина, методами растровой электронной микроскопии и 3D-прототипирования
Как известно, дентин состоит из интертубулярного вещества и дентинных трубочек, в которых находится дентинная жидкость и отростки одонтобластов. Интертубулярное вещество представлено коллагеновыми волокнами и основным веществом (главным образом, протеогликанами), связанными с кристаллами гидроксиаппатита, имеющими размеры 3-3.5Х20-60 нм, которые откладываются в виде зёрен и глыбок и сливаются в шаровидные образования (глобулы или калькосфериты) размером в несколько микрон (Быков, В.Л., 1999).
При анализе морфологии поверхности во вторичных электронах удалось наблюдать похожие на описанные выше образования на поверхности дентина исследуемых образцов зубов (см. рис. 12.4,а). Кроме того, исследование области в режиме катодолюминесценции (см. рис. 12.4,б; рис. 12.5,б) показало, что эти образования излучают в диапазоне 300 –500 нм, что явилось ещё одним доказательством наличия катодолюминесценции.
Сравнительный анализ набора изображений морфологии поверхности дентина в режимах вторичных электронов и катодолюминесценции позволяет предположить, что наблюдаемое свечение является катодолюминесценцией и определяется структурными особенностями и химическими соединениями, входящими в состав дентина.
Можно предположить, что в основе описанного феномена лежат следующие физические процессы, являющиеся причиной возникновения наблюдаемого излучения:
1) может наблюдаться внутрицентровый механизм излучения (Кюри, Д., 1961), в данной реализации он происходит засчёт возбуждения электронным пучком некоторых соединений, входящих в состав дентина образца зуба. При малоугловом рассеянии электронного пучка часть энергии пучка передаётся комплексу или молекуле, например, молекуле гидроксиапатита. Для этого соединения характерна зависимость потенциальной энергии от расстояния между определённым центром (атомом) в молекуле (см. рис. 12.6) и соседними атомами, так называемой конфигурационной координаты. Минимумы у возбуждённого и невозбуждённого состояний соединения смещены. При получении части энергии атомом соединения от ускоренного электрона наблюдается увеличение равновесного расстояния между атомами. Так происходит возбуждение комплекса, который, самопроизвольно релаксируя, испускает свет, который можно видеть. Описанные процессы схематично могут быть представлены следующим образом: где АЕе - энергия, получаемая комплексом или соединением при взаимодействии с электроном, h v - энергия кванта люминесценции. Таким образом, одним из возможных механизмов наблюдаемого свечения является внутрицентровый, можно сказать, внутри соединения, объяснение которого основано на теории конфигурационных кривых Вильямса - Кондона, схематичное изображение которых приведено на
Энергия возбуждённого состояния атома точно такая же, как его энергия без отрыва электрона, но это состояние достигается обменом значительно большими порциями энергии из-за избыточной над тепловой энергии свободного электрона. Такой процесс может быть более вероятен.
Кроме того, следует учитывать, что электрон с энергией в несколько кэВ, проникая в образец и испытывая упругое и неупругое рассеяние, образует в начале каскада ионизации большое число вторичных электронов с энергией, значительно превышающей энергию возбуждения люминесценции, и фононов. Вторичные электроны, перемещаясь от области генерации, теряют энергию при взаимодействии с атомами вещества до тех пор, пока их энергия не станет равной резонансной. Затем эти электроны переходят в невозбуждённое состояние и передают необходимое количество энергии излучающему комплексу, который испускает кванты люминесцентного света. При генерации вторичных электронов их рассеяние способствует увеличению области люминесценции.
Описанные выше предполагаемые механизмы возбуждения, так или иначе, приводят к люминесценции на центре. Одним из самых распространных примеров центра люминесценции является F - центр (Кюри, Д., 1961).
Для образования F -центров необходимо присутствие ионной связи и наличие атома металла; атомы металла окружают анионную вакансию, образовавшуюся от вышедшего в междоузлия атома неметалла. Оставшийся в области вакансии электрон образует энергетические уровни, переходы между которыми приводят к люминесценции.
В состав соединений твёрдых тканей зуба входят металлы второй группы. В силу этого можно предположить образование анионных вакансий, которые являются центрами свечения. В зависимости от ионного радиуса металла значение энергетических уровней изменяется, что приводит к изменению длины волны свечения, т.е. цвета свечения.
При процессах ионного обмена в тканях зуба может происходить замещение ионов одних металлов, например, кальция, ионами других, например магния, что также отражается на люминесценци. Наряду с этим, облучение электронным пучком может способствовать образованию F – центров – смещения галогена в междоузельное пространство.
Благодаря проявлению этого свойства люминесценция твёрдых тканей зубов может использоваться в криминалистике.
Следует отметить, что выше рассмотрены лишь наиболее очевидные механизмы возникновения люминесценции в твердых тканях зуба, хотя возможно существование других, более сложных механизмов на комплексах.