Introduction: After a root-canal treatment many teeth need to be restored employing post-and-core restorations. The final restoration presents an assortment of biomaterials that must function as a unity to withstand chewing loading in a wet environment. Post-and-core restorations occasionally fail, and their structure usually exhibits voids, air bubbles, or delamination. However, the evaluation of the structural integrity and the attachment between components of post-and-core restorations is a challenge. Objective: To develop and apply a non-destructive methodology to evaluate the presence of defects in post-and-core restorations using x-ray synchrotron imaging techniques. It was hypothesized that the selected techniques would be able to non-destructively detect flaws in the structure of post-and-core restorations. Materials and methods: Human root canal treated upper incisors (n=14) were restored with post-and-core build-ups using prefabricated fiberglass (Dentin Post, Komet) or titanium posts (Kopfstift Titanium Post, Komet), cemented with a self-adhesive resin cement (RelyX Unicem 2, 3M ESPE Dental Products), sustaining cores made with a flowable resin composite (Rebilda DC Quickmix, Voco) that were adhered to the tooth substrate and posts by a universal adhesive system (Futurabond U, Voco). Synchrotron x-ray sources were used for dental sample imaging with phase contrast-enhanced micro-CT (PCE-CT), while single fiberglass posts were imaged with PCE-CT and synchrotron x-ray refraction radiography (SXRR). The reconstructed volumes were segmented, and the data were analysed manually (by a single operator) and digitally in 2D and 3D. The generated data were tabulated and used for statistical analysis. Results: The resulting images from PCE-CT of post-and-core restored teeth revealed the presence of gaps between tooth and cement in ~45% of the interface in the cervical area of the restoration. Endodontic epoxy-based sealer was found in ~10% of the interface. No gaps between post and cement were observed, as well as no statistical difference between fiberglass and titanium post groups for all measured parameters. PCE-CT was suitable to reveal gaps between the adhesive system from the core and the tooth substrate. The segmented gaps were non-uniformly distributed and occupied on average ~34% of the interface and were between 2 and 16 µm thick. PCE-CT and SXRR revealed the impact of bur trimming of fiberglass posts for canal fitting. The regions affected by trimming showed a strong accumulation of defects like splinters, cracks, and fragments of glass fibres extending from the bur-touched surface to 50 µm deep in the post structure. Conclusion: The cutting-edge non-destructive imaging technology used in the present work is invaluable for revealing the defects in post-and-core restorations. The identified defects are possible causes of treatment failure. Further work is needed to show the progressive effect of defects under load over time.
Einleitung: Nach einer Wurzelkanalbehandlung müssen Zähne regelmäßig mittels eines Wurzelaufbaus wiederhergestellt werden. Die endgültige Restaurierung erfordert den Einsatz verschiedener Biomaterialien, die als Einheit fungieren müssen, um der Kaubelastung in feuchter Umgebung standzuhalten. Stift-Stumpf-Aufbauten versagen gelegentlich und ihre Struktur weist häufig Hohlräume, Luftblasen oder Delaminationen auf. Die Bewertung der strukturellen Festigkeit und der Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten der Stift-Stumpf-Aufbauten sowie der Auswirkung etwaiger vorhandener Defekte ist jedoch schwierig. Ziel: Entwicklung und Anwendung einer zerstörungsfreien Methode zur Bewertung des Vorhandenseins von Defekten in Stift-Stumpf-Aufbauten mithilfe von Röntgensynchrotron-Bildgebungstechniken. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die ausgewählten Techniken in der Lage sind, Defekte in der Struktur von Stift-Stumpf-Aufbauten zerstörungsfrei zu erkennen. Material und Methoden: Menschliche wurzelkanalbehandelte obere Schneidezähne (n = 14) wurden mit Stift-Stumpf-Aufbauten unter Verwendung von vorgefertigten Glasfaser (Dentin Post, Komet) oder Titanstiften (Kopfstift Titanium Post, Komet) restauriert, die mit einem selbstadhäsivem Befestigungskompositen zementiert wurden (RelyX Unicem 2, 3M ESPE Dental Products). Stumpf-Aufbauten aus einem fließfähigen Aufbaukomposit (Rebilda DC Quickmix, Voco) wurden mit einem universellen Adhäsivsystem (Futurabond U, Voco) auf das Zahnsubstrat und die Stifte geklebt. Synchrotron-Röntgenquellen wurden für die Bildgebung von Zahnproben mit phasenkontrastverstärkter Mikro-CT (PCE-CT) verwendet. Einzelne Glasfaserstifte wurden mit PCE-CT und Synchrotron-Röntgenrefraktionsradiographie (SXRR) abgebildet.Die rekonstruierten Volumina wurden segmentiert und die Daten manuell (von einem einzelnen Bediener) und digital in 2D und 3D analysiert. Die generierten Daten wurden tabellarisch dargestellt und für statistische Analysen verwendet. Ergebnisse: Die mithilfe der PCE-CT erstellten Bilder der Stift-Stumpf-Aufbauten zeigten in ~45% Lücken in der Verbindung zwischen Zahn und Zement im zervikalen Bereich der Restauration. Endodontische epoxidharzbasierte Sealer wurde in ~10% der Grenzflächen gefunden. Es wurden keine Lücken zwischen Stift und Zement sowie keine kein statistische Unterschiede zwischen Glasfaser- und Titanstiftgruppen für alle gemessenen Parameter beobachtet. Mittels PCE-CT wurden die Lücken zwischen dem Adhäsivsystem des Stumpfs und dem Zahnsubstrat sichtbar. Die segmentierten Lücken waren ungleichmäßig verteilt, zwischen 2 und 16 µm groß und fanden sich durchschnittlich auf rund 34% der Oberflächen. PCE-CT und SXRR zeigten die Auswirkungen des Bohrertrimmens der Glasfaserstifte für die Kanalanpassung. Die vom Trimmen betroffenen Bereiche zeigten eine starke Ansammlung von Defekten wie Splittern, Rissen und Glasfaser--Fragmenten, nicht nur an der vom Bohrer berührten Oberfläche, sondern bis zu 50 µm tief in der Stiftstruktur. Fazit: Die in der vorliegenden Arbeit verwendete hochmoderne zerstörungsfreie Bildgebungstechnologie ist von unschätzbarem Wert, um Defekte in Stift-Stumpf-Aufbauten aufzudecken. Die identifizierten Defekte sind mögliche Ursachen für ein Versagen der Behandlung. Weitere Arbeiten sind erforderlich, um den fortschreitenden Effekt eines Defekts unter Belastung im Laufe der Zeit aufzuzeigen.
