Ocena powierzchni wybranych materiałów protetycznych po aplikacji promieniowania lasera CO 2 w różnych warunkach gęstości mocy

Transkrypt

1 PROTET. STOMATOL., 2007, LVII, 3, Ocena powierzchni wybranych materiałów protetycznych po aplikacji promieniowania lasera CO 2 w różnych warunkach gęstości mocy Evaluation of prosthetic materials surface after carbon dioxide laser application in different density conditions Wiesław Hędzelek 1, Zdzisław Błaszczak 2, Piotr Andrysiak 1, Michał Kaczmarek 2 1 Z Kliniki Protetyki Stomatologicznej, Collegium Stomatologicum AM im. K Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: prof. dr. hab. W. Hędzelek 2 Z Zakładu Optyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Kierownik: prof. dr hab. Z. Błaszczak HASŁA INDEKSOWE: laser CO 2, materiały protetyczne, analiza powierzchni KEY WORDS: Carbon dioxide laser, prosthetic materials, surface evaluation Streszczenie Cel pracy: w pracy podjęto próbę oceny wpływu promieniowania o długości fali nm na wybrane materiały stomatologiczne, wykorzystywane do protetycznego leczenia jamy ustnej. Materiał i metody: do badania wybrano trzy rodzaje materiałów: 1 tworzywo akrylowe, 2 materiał do wykonywania tymczasowych koron i mostów, 3 średniotopliwą porcelanę napaloną na metal. Badania przeprowadzono in vitro. Próbki umieszczano w uchwycie w odległości ogniskowej od źródła promieniowania. Każda próbka była naświetlana w czasie 0,5 sek. w trzech miejscach z rosnącą mocą 1W, 2W i 4W. Badanie powtarzano trzykrotnie, dla każdego rodzaju materiału. Po naświetleniu powierzchnia próbek poddawana była badaniu za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) typ EVO 40 (Zeiss, Germany). Powiększenie wynosiło 300x. Wyniki: po aplikacji serii naświetleń na powierzchniach próbek wystąpiły różnego rodzaju zmiany strukturalne. Na powierzchni próbek z tworzywa akrylowego powstały zagłębienia, których rozmiary wynosiły 0,3625; 0,5417 i 0,6583 mm odpowiednio dla zastosowanej mocy 1W; 2W i 4W. Tworzywo do wykonywania koron i mostów tymczasowych wykazywało zmiany o charakterze zwęglenia. Wielkości tych zmian wynosiły w tym przypadku 0,6083; 0,7292 oraz 0,8542mm. Summary Aim of the study: The aim of the study was to evaluate the effect of carbon dioxide laser irradiation with wave length of nm on selected dental materials used in prosthetic treatment. Material and methods: The in vitro investigation was performed on three types of materials: acrylic resin; temporary crown and bridge material; and porcelain fused to metal (PFM). Samples were irradiated in the focus distance with continuous wave (CW) of a CO 2 laser beam for 0.5 s. The power was set at 1.0, 2.0, and 4.0 Watts, so that each probe was irradiated in three places in three different power conditions. Then the structural changes were observed and measured using scanning electron microscope (SEM), type EVO 40 (Zeiss, Germany). The magnification was set at 300x. Results: After irradiation, different structural changes were observed depending on a material sample. In acrylic resin samples, regular-edged crater formation was observed. Measured distance diameter were , , and mm, depending on the power application (1.0, 2.0, and 4.0 Watts). Structural changes, like charring, were observed in the temporary crown and bridge materials. In this case, their distance diameters were , , and mm. The PFM samples showed mainly melting structural changes. They were smaller than in other investigated sam- 192

2 Ocena powierzchni materiałów laserem CO 2 Próbki porcelany napalonej na metal po badaniu wykazywały zmiany głównie z dominacją stopienia materiału. Miały one mniejsze rozmiary aniżeli inne badane próbki i wynosiły 0,3542; 0,4292 oraz 0,5167 mm dla użytych w badaniu mocy. Wnioski: 1. Laser CO 2 jest narzędziem, które przy niezamierzonym użyciu może powodować zniszczenie struktury materiałów stomatologicznych. 2. Zmiany w strukturze tworzyw nasilają się wraz ze wzrostem mocy promieniowania. 3. Materiały stomatologiczne o małym stopniu twardości mogą być uszkadzane bardziej aniżeli tworzywa twarde podczas przypadkowego kontaktu z promieniem lasera. ples and amounted to , , and mm in diameter, depending on the power used. Conclusions: 1. An improper use of carbon dioxide laser can cause a damage to the structure of dental materials. 2. The intensity of structural changes increase with increasing irradiation power. 3. During accidental laser beam contact, soft dental materials can be damaged more easily than hard ones. Wstęp Gazowy laser CO 2 stosowany jest z powodzeniem od wielu lat w stomatologii jako alternatywa do tradycyjnej techniki z użyciem skalpela (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Znalazł on szerokie zastosowanie w chirurgii oraz protetyce stomatologicznej w plastyce tkanek miękkich(3, 4, 5, 8, 9, 10, 11). Urządzenie to wykorzystuje się podczas przygotowania odpowiednich warunków pola protetycznego, czy też likwidacji patologicznych, rozrostowych skutków długoletniego użytkowania nieskorygowanej w odpowiednim czasie protezy ruchomej (3, 4, 10, 11). Coraz częściej stosuje się również laser CO 2 w przypadkach skutecznego leczenia periimplantitis (12, 13, 14, 15). Zabiegi laserowej plastyki tkanek miękkich w obrębie bezzębnej jamy ustnej zapewniają możliwości kontaktu promieniowania laserowego tylko z błoną śluzową. Natomiast w przypadku jamy ustnej częściowo uzębionej sytuacja jest bardziej skomplikowana. Istnieje bowiem potencjalna możliwość aplikacji promieniowania laserowego na tkanki twarde zęba, czy też materiały użyte do leczenia zachowawczego, protetycznego lub ortodontycznego. Wpływ promieniowania lasera CO 2 na twarde tkanki zęba jest stosunkowo dobrze poznany i opisany przez wielu autorów (16, 17, 18, 19, 5, 20, 21, 7, 22, 23, 24, 25, 26, 27). W szkliwie występuje wzrost efektu kwasoodporności, co poprawia właściwości adhezyjne i szczelność brzeżną późniejszych wypełnień (16, 18, 19, 20). W zębinie, odpowiednio dobrana i skierowana wiązka promieniowania lasera na dwutlenku węgla, wywołuje zamykanie się kanalików zębinowych, co powoduje znaczne zniesienie nadwrażliwości zębiny, szczególnie w okolicy szyjki zęba (9). Zdarza się jednak, że podczas leczenia tkanek miękkich, w częściowo uzębionej jamie ustnej, dochodzi do niezamierzonego kontaktu promieniowania laserowego z zębami oraz materiałami wykorzystywanymi do ich leczenia. Dlatego celowe wydaje się zbadanie efektów interakcji promieniowania lasera CO 2 z różnymi materiałami używanymi w leczeniu zachowawczym i protetycznym. Cel pracy Celem pracy była ocena wpływu promieniowania lasera o długości fali nm na wybrane materiały stomatologiczne, wykorzystywane do protetycznego leczenia jamy ustnej. Materiał i metody Do badania wybrano trzy rodzaje materiałów powszechnie wykorzystywanych do leczenia protetycznego: 1. Tworzywo akrylowe (Triplex Hot, Ivoclar- Vivadent) używane do wykonywania płyt protez ruchomych częściowych i całkowitych. 2. Materiał do wykonywania tymczasowych koron i mostów (Protemp 3 Garant, 3M ESPE). PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3 193

3 W. Hędzelek i inni 3. Średniotopliwa porcelana (IPS Classic, Ivoclar- Vivadent) napalona na metal, stosowana do wykonywania koron i mostów ceramicznych z podbudową metalową. Podczas preparacji pola protetycznego każdy z tych materiałów może mieć kontakt ze stosowanym promieniowaniem o długości fali nm w trakcie leczenia i plastyki tkanek miękkich częściowo uzębionej jamy ustnej. Badania przeprowadzono in vitro na specjalnie przygotowanych próbkach materiałów. Wszystkie próbki miały kształt prostokąta i były wykonane tak, aby jedna powierzchnia, przeznaczona do badań, była gładka. Płytki akrylu i materiału Protemp 3 Garant miały wymiary 20x10x1,5 mm. Porcelanę średniotopliwą napalono na stop Cr-Ni Williams 4 All, (Ivoclar-Vivadent). Miały one wymiary 15x10x1,5 mm. Źródłem promieniowania użytego do badań był laser CO 2 model 1401, wyprodukowany przez Centrum Techniki Laserowej w Warszawie. Próbki do badania umieszczone były w specjalnie skonstruowanym uchwycie, umożliwiającym ruch w dwóch prostopadłych płaszczyznach, z zachowaniem uprzednio wybranej odległości od źródła promieniowania. Pozwalało to na naświetlanie jednej próbki w kilku miejscach badanej powierzchni z zachowaniem raz ustalonej odległości ogniskowej od źródła promieniowania (ryc. 1). Każda badana powierzchnia była uprzednio odtłuszczana 96% Ryc. 1. Schemat układu badawczego. Końcówka lasera w osadzarce (strzałka lewa) umieszczona w odległości ogniskowej od powierzchni badanego tworzywa (strzałka prawa). roztworem alkoholu etylowego. Parametry promieniowania ustalono na tryb jednoimpulsowy o czasie ekspozycji 0,5 sekundy, wychodząc z założenia, że jest to średni czas reakcji lekarza operatora po niezamierzonym skierowaniu wiązki, np. na ząb z wypełnieniem czy koroną zamiast na hipertroficzną brodawkę dziąsłową. Wykonywano po trzy ekspozycje z rosnącą mocą: 1W, 2W i 4W. Każda próbka była więc naświetlana w trzech miejscach z różnymi parametrami gęstości mocy. Badanie dla każdego rodzaju materiału powtarzano trzykrotnie. Po naświetleniu powierzchnia próbek poddawana była badaniu za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) typ EVO 40 (Zeiss, Germany). Powiększenie wynosiło 300x. Oceniano zmiany struktury powierzchni próbki badanego materiału. Na podstawie skali umieszczonej na zdjęciu SEM wyznaczono wielkości zmian strukturalnych powierzchni badanych materiałów. Wyniki Po aplikacji serii naświetleń na powierzchniach próbek badanych materiałów wystąpiły zmiany strukturalne powierzchni o różnym charakterze. Wielkość i nasilenie wzrastały wraz ze wzrostem mocy promieniowania. Największe były przy zastosowaniu promieniowania o mocy 4 W, tj. maksymalnej mocy użytej w tym badaniu. Na powierzchni próbek z tworzywa akrylowego, po naświetlaniach promieniowaniem podczerwonym o długości fali nm, powstały zagłębienia o stosunkowo równych krawędziach (ryc. 2). Wraz ze wzrostem stosowanej mocy tworzywo ulegało większemu stapianiu w głąb, tworząc lejowate zagłębienia o równomiernym nachyleniu ścian. Nie wystąpiła przy tym żadna zmiana barwy tworzywa, pojawiło się jedynie lekkie zmatowienie materiału. Wnętrze krateru było puste, jego ściany lekko pofałdowane. Rozmiary tych zmian wynosiły 0,3625; 0,5417 i 0,6583mm, odpowiednio dla zastosowanej mocy 1W; 2W i 4W (tab. 1, kolumna A). Tworzywo do wykonywania koron i mostów tymczasowych Protemp 3 Garant, po aplikacji promieniowania lasera CO 2, wykazywało zmiany struktury powierzchni o charakterze zwęglenia, które występowały tylko w okolicy wnętrza krateru (ryc. 3). Kratery miały okrągłe kształty z regularnym, rów- 194 PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3

4 Ocena powierzchni materiałów laserem CO 2 Ryc. 2. Wyraźne zmiany strukturalne na powierzchni tworzywa akrylowego po zastosowaniu promieniowania lasera o mocy 1W (a) 2W (b) oraz 4W (c). Długość fali nm. Ryc. 3. Zmiany strukturalne na powierzchni tworzywa do wykonywania tymczasowych koron i mostów po zastosowaniu promieniowania lasera o mocy 1W (a) 2W (b) oraz 4W (c). Długość fali nm. Ryc. 4. Zmiany strukturalne na powierzchni porcelany napalonej na metal po zastosowaniu promieniowania lasera o mocy 1W (a) 2W (b) oraz 4W (c). Długość fali nm. nym brzegiem. Tworzywo wewnątrz krateru wykazywało zmiany destrukcyjne, z dominacją spękania i karbonizacji. Przy użyciu maksymalnej mocy 4W, fragment materiału, na skutek dużej mocy promieniowania, został usunięty na zewnątrz krateru. Wielkości kraterowatych zmian miały w tym przypadku średnice 0,6083; 0,7292 oraz 0,8542 mm, odpowiednio dla zastosowanych mocy promieniowania 1W, 2W i 4W (tab.1, kolumna B). Próbki porcelany napalonej na metal (PFM) wykazywały po badaniu zmiany charakteryzujące się dominacją stopienia materiału. Na zewnątrz tych zmian występowały owalne pierścienie świadczące o peryferyjnym pęknięciu porcelany (ryc. 4). Wnętrze zmian o charakterze stopienia było nieznacznie zagłębione i chropowate w porównaniu z gładką powierzchnią tworzywa otaczającego miejsce aplikacji. Powierzchniowe zmiany struktury PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3 195

5 W. Hędzelek i inni T a b e l a 1. Średnica kraterów (w milimetrach) materiałów protetycznych po aplikacji promieniowania laserem CO 2 z różną mocą w czasie 0,5 sekundy. Opis w tekście Moc stosowanego promieniowania A. Tworzywo akrylowe Triplex Hot Rodzaj materiału użytego w badaniu B. Protemp 3 Garant C. Porcelana IPS Classic 1 W 0,3625 0,6083 0,3542 (0,4583) 2 W 0,5417 0,7292 0,4292 (0,5292) 4 W 0,6583 0,8542 0,5167 (0,6083) powierzchni o charakterze stopienia miały mniejsze rozmiary aniżeli inne badane próbki i wynosiły 0,3542; 0,4292 oraz 0,5167 mm dla użytych w badaniu mocy promieniowania (tab. I, kolumna C wartości bez nawiasów). Uwzględniając obwodowe pierścienie pęknięć tworzywa, wartości te miały 0,4583; 0,5292 oraz 0,6083 mm. (tab. I, kolumna C wartości podane w nawiasach). Dyskusja Literatura na temat wpływu promieniowania podczerwonego o długości fali 10600nm na materiały wykorzystywane w leczeniu stomatologicznym dotyczy w głównej mierze tytanu i leczenia stanów zapalnych w okolicy wszczepów śródkostnych (12, 13, 14, 15). Bardzo szeroko opisano wpływ tego promieniowania na tkanki twarde zęba (16, 17, 18, 19, 5, 20, 21, 7, 22, 23, 24, 25, 26, 27) oraz na miazgę (20, 7, 23) i struktury przyzębia (24, 27). Doniesienia o wpływie promieniowania lasera CO 2 na materiały wykorzystywane do odbudowy twardych tkanek zęba są stosunkowo nieliczne (28, 18, 29). A sytuacja taka może mieć miejsce podczas procedur przedprotetyczno-chirurgicznych, w przypadku częściowych braków uzębienia. Próby aplikacji promieniowania laserem CO 2 na powierzchnię tworzywa akrylowego podejmowali uprzednio Jacobsen i wsp. (28). Nie oceniali oni jednak jakościowo ani ilościowo zmian, jakie wywoływało to promieniowanie, lecz zajmowali się problemem poprawy retencji, dla elastycznych materiałów podścielających. W badaniu swoim stwierdzili oni, że aplikacja promieniowania o długości fali 10600nm na powierzchnię tworzywa akrylowego poprawia jego połączenie z elastycznymi materiałami na bazie polimetakrylanu etylu bardziej, aniżeli z materiałami elastycznymi z grupy silikonów. Nasze badania wydają się tłumaczyć tę hipotezę. Po aplikacji tego typu promieniowania na powierzchnię tworzywa akrylowego płyty protezy, powstają przedstawione powyżej zagłębienia, które poprawiają mechaniczną retencję, z elastycznym tworzywem z grupy polimetakrylanów etylu. Zagłębienia te są jednak na tyle małe, że nie wpływają znacząco na poprawę retencji z materiałami elastycznymi z grupy silikonów. Badania wpływu promieniowania lasera CO 2 na tworzywa kompozytowe oraz kompomerowe przeprowadzali Mazouri i Walsh (29). Wykazali oni, że zastosowanie dawek promieniowania nawet o małych gęstościach mocy wywołuje w badanych materiałach zmiany powierzchniowe o charakterze ablacji, spalenia i stopienia. Stwierdzili oni również, że bardziej wrażliwymi na ten typ lasera okazały się tworzywa kompozytowe niż kompomery. Badania te są podobne do wyników otrzymanych przez nas w przypadku materiału do wykonywania tymczasowych koron i mostów. Co prawda tworzywo to nie było badane przez wspomnianych autorów, ale należy ono do pokrewnej grupy materiałów, co tłumaczyłoby podobne zmiany powierzchniowe uzyskane w naszych testach. Wzrost popularności zastosowania laserów, jako narzędzi pomocniczych do różnych procedur stomatologicznych, sugeruje konieczność prowadzenia dalszych badań nad potencjalnym wpływem promieniowania lasera CO 2 na tkanki jamy ustnej oraz materiały stosowne do jej leczenia i rehabilitacji. Niezbędna bowiem wydaje się analiza nie tylko 196 PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3

6 Ocena powierzchni materiałów laserem CO 2 ilościowa, ale również jakościowa opisanych zmian struktury powierzchni badanych materiałów. Wnioski 1. Laser CO 2 jest narzędziem, które przy niezamierzonym użyciu może powodować zniszczenie struktury materiałów stomatologicznych. 2. Zmiany w strukturze badanych tworzyw nasilają się wraz ze wzrostem mocy promieniowania. 3. Materiały stomatologiczne o małym stopniu twardości mogą być uszkadzane bardziej aniżeli tworzywa twarde podczas przypadkowego kontaktu z promieniem lasera. Piśmiennictwo 1. Grzesiak-Janas G., Janas A.: Użycie lasera CO 2 w leczeniu włókniaków. Mag. Stomatol., 2003, 3, Grzesiak-Janas G., Papierz W.: Występowanie guza Abrikosowa i włókniaka na języku. Mag. Stomatol., 2003, 6, Hędzelek W., Andrysiak P.: Użyteczność lasera CO 2 w przygotowaniu pola protetycznego. Dent. Forum 2005, 32, 1, Majewski S., Majewski P., Wiśniewski G.: Własne doświadczenia kliniczne ze stosowaniem lasera chirurgicznego CO 2 typ CTL-1401 w praktyce protetycznej. Poradnik Stomatologiczny, 2002, 4, Markolf: Laser Tissue Interactions, Lasers In Dentistry, Gałkowska E., Owczarek B., Kiernicka M., Wysokińska-Miszczuk J.: Zastosowanie biostymulacji laserowej jako terapii wspomagającej leczenie w wybranych stanach patologicznych w jamie ustnej doświadczenia własne. As Stomatologii, 2005, 1, Miserendino L. J., Pick R. M.: Lasers In Dentistry,Clinical Applications of the CO 2 Laser, Quintessence Publishing Co, Inc,1995, Pokora L.: Lasery w stomatologii. Laser Instruments CTL, Warszawa Todea Carmen D. M.: Laser applications in conservative dentistry. TMJ 2004, 54, 4, Majewski S.: Laserowa technika zabiegowa w praktyce protetycznej. Mag. Stomatol., 2000, 3, Wiśniewska G.: Procedura chirurgiczno-protetycznego postępowania zabiegowego w przypadkach włóknistych zmian przerostowych błony śluzowej jamy ustnej. Protet. Stomatol., 2004, LIV, 1, Deppe H., Greim H., Brill T., Wagenpfleil S.: Titanium deposition after peri-implant care with the carbon dioxide laser. Int. J. Oral Maxill. Impl., 2002, 17, 5, Deppe H., Horch H. H., Greim H., Brill T., Wagenpfleil S., Donach K.: Peri-implant care with the CO 2 laser: In vitro and in vivo results. Med. Laser Appl., 2005, 20, Mouhyi J., Sennerby L., Nammour S., Guillaume P., Van-Reck J.: Temperature increases during surface decontamination of titanium implants using CO 2 laser. Clin. Oral Impl. Res., 1999, 10, Mouhyi J., Sennerby L., Van-Reck J.: The soft tissue response to contaminated and cleaned titanium surfaces using CO 2 laser, citric acid and hydrogen peroxide. Clin. Oral Impl. Res., 2000, 11, Fujitani M., Harima T., Shintani H.: Does Er: YAG or CO 2 laser ablation of dentin affect the adhesive properties of resin bonding systems? International Congres Series 2003, 1248, Gonzalez M., Banderas J. A., Rodriguez V., Castano V. M.: Particleinduced X-ray and scanning electron microscopic analyses of the effects of CO 2 laser irradiation on dentinal structure. J. Dent., 27, 1999, Klein A. L. L., Rodrigues L. K. A., Eduardo C. P., Nobre dos Santos M., Cury J. A.: Caries inhibition around composite restoration by pulsed carbon dioxide laser application. Eur. J. Oral Sci., 2005, 113, Konishi N., Fried D., Staninec M., Featherstone J. D. B.: Artificial caries removal and inhibition artificial secondary caries by pulsed CO 2 laser irradiation. Am J. Dent., 1999, 13, Malmstrom H. S., McCormack S. M., Fried D., Featherstone J. D. B.: Effect of CO 2 laser on pulpal temperature and surface morphology: an in vitro study. J. Dent., 2001, 29, McCormack S. M., Fried D., Featherstone J. B. D., Glena R. E., Seka W.: Scanning electron microscope observations of CO 2 laser effects on dental enamel. J. Dent. Res. Oct., 1995, 74, 10, Moshonov J., Stabholz A., Bar-Hilel R., Peretz B.: Chemical analysis and surface morphology of enamel and dentin following 9.6µ CO 2 laser irradiation versus high speed drilling. J. Dent., 2005, 33, Nair P. N. R., Baltersperger M., Luder H. U.: Observations on pulpal response to carbon dioxide laser drilling of dentin in healthy human third molars. Lasers in Med. Science 2005, 19, Pant V., Dixit J., Agrawal A. K., Seth P. K., Pant A. B.: Behawior of human periodontal ligament cells on CO 2 laser irradiated dentinal root surfaces: an in vitro study. J. Periodont. Res., 2004, 39, Queiroz A. C., Santos J. D., Vilar R., Eugenio S., Monteiro F. J.: Laser surface PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3 197

7 W. Hędzelek i inni modification of hydroxyapatite and glass-reinforced hydroksyapatite. Biomat., 2004, 25, Sasaki K. M., Aoki A., Masuno H., Ichinose S., Yamada S., Ishikawa I.: Compositional analysis of root cementum and dentin after Er:YAG laser irradiation compared with CO 2 lased and intact roots Using Fourier transformed infrared spectroscopy. J. Periodont. Res., 2002, 37, Watari F.: Compositional and morphological imaging of CO 2 laser irradiation human teeth by low vacuum SEM, confocal laser scanning microscopy and atomic force microscopy. J. Mat. Sci., 2001, 12, Jacobsen N. L., Mitchell D. L., Johnson D. L., Holt R. A.: Lased and sandblasted denture base surface preparations affecting resilient liner bonding. J. Prosthet. Dent., 1997, 78, Mazouri Z., Walsh L. J.: Damage to dental composite restorations following exposure to CO 2 laser radiation. J. Clin. Laser Med. Surg., 1995, 13, 2, Zaakceptowano do druku: 22.III.2007 r. Adres autorów: Poznań, ul. Bukowska 70. Zarząd Główny PTS PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2007, LVII, 3