JORGE CÉSAR BORGES LEÃO FILHO CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE DENTÁRIO E REMANESCENTES ADESIVOS APÓS A REMOÇÃO DE BRACKETS POR MEIO DE TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA ÓPTICA CURITIBA 2012 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ ESCOLA DE SAÚDE E BIOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM ORTODONTIA
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CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE DENTÁRIO E REMANESCENTES ...
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JORGE CÉSAR BORGES LEÃO FILHO
CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE DENTÁRIO E
REMANESCENTES ADESIVOS APÓS A REMOÇÃO DE
BRACKETS POR MEIO DE TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA
ÓPTICA
CURITIBA
2012
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ ESCOLA DE SAÚDE E BIOCIÊNCIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM ORTODONTIA
CARACTERIZAÇÃO DO ESMALTE DENTÁRIO E
REMANESCENTES ADESIVOS APÓS A REMOÇÃO DE
BRACKETS POR MEIO DE TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA
ÓPTICA
CURITIBA
2012
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação
em Odontologia, da Pontifícia Universidade Católica do
Paraná, como parte dos requisitos para a obtenção do
Título de Mestre em Odontologia, Área de concentração
em Ortodontia.
Pós-graduando: Jorge César Borges Leão Filho
Orientador: Prof. Dr. Orlando Tanaka
Co-orientadora: Dra. Ana Karla Souza Braz
Dedicatória
Dedico...
Primeiramente, a Deus por iluminar o meu caminho e colocar em minha vida
anjos, em carne ou não, que me auxiliam a alcançar o aprimoramento moral,
espiritual e profissional. Ao pai-do-céu agradeço, pelos desafios que encontrei
em minha vida, e que me permitiram lapidar o caráter, por meio do aprendizado
oriundo do esforço e do trabalho.
Ao homem, que num primeiro gesto de amor colocou-me seu próprio nome,
Jorge César Borges Leão, e a mulher, Ilma Maria Acioly Teixeira Leão, cujo
afeto maternal me conforta mesmo a grandes distâncias. Meus amados pais,
agradeço-lhes por me apoiar de forma incondicional, mesmo diante das
incertezas e dificuldades. Tudo que sou hoje devo a vocês.
À minha querida noiva Thayse Rodrigues de Souza, por suportar bravamente,
o peso da distância junto comigo, demonstrando que, para o amor e a afinidade
espiritual verdadeiros, alguns quilômetros não representam uma barreira real.
Muito obrigado por ser combustível de minha força de vontade e estímulo para
a busca do que há de melhor em mim.
À menina cujo sorriso alegra-me a alma, minha irmã, Júlia Maria Acioly Teixeira
Leão e ao meu irmão Júlio César Teixeira Leão.
A dois grandes amigos conquistados nesta etapa de minha vida, José
Guilherme Camargo Teixeira da Cunha e Regis Meller Santana, por serem
minha família em um lugar tão longe de casa. Sou grato por compartilharem
comigo os momentos de alegria e de dificuldade.
Agradecimentos
Agradeço...
Ao professor Dr. Orlando Motohiro Tanaka, por instruir-me e orientar-me no
desenvolvimento de minhas potencialidades, não somente durante a execução
deste trabalho, mas durante todo o mestrado. Agradeço-o sinceramente pelo
voto de confiança depositado em mim, tornando possível todas as minhas
conquistas pessoais nos últimos dois anos. Levarei comigo as “cicatrizes” e as
belezas das experiências vividas, como lembrete do aprendizado adquirido.
Obrigado mestre, pelas lições e por estar ao meu lado sempre que precisei.
A Dra. Ana Karla Souza Braz, pela participação ativa e indispensável na
realização deste trabalho. Obrigado por acolher minhas ideias, ajudar-me a
desenvolvê-las e executá-las.
Ao Prof. Renato Evangelista de Araújo por abrir-me as portas de seu
laboratório, sendo sempre muito receptivo e acessível.
Ao prof. Sérgio Aparecido Ignácio pela atenção e ajuda, sempre muito
cuidadosa, não apenas neste trabalho, mas em todos os outros realizados por
mim durante o mestrado.
Aos professores Elisa Souza Camargo, Odilon Guariza Filho, Edvaldo Antônio
Ribeiro Rosa e Sérgio Vieira, e a todo corpo docente do programa de pós-
graduação em odontologia da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, por
contribuírem para minha formação e crescimento profissional.
Aos colegas da oitava turma de mestrado em ortodontia da PUCPR, Ana Paula
Lazzari Marques Peron, Bruno Borges de Castilhos, Camila Rychuv Santos,
Cristiano Miranda de Araujo, Giovana Carla Franzon Frigotto, José Guilherme
Camargo Teixeira da Cunha, Luciana Trevisan Bittencourt Muniz, Marcel
Durante Brunet, Regis Meller Santana e Viviane da Silva Kagy, por
compartilharem comigo todos os momentos românticos e não-românticos da
trajetória de nosso curso.
SUMÁRIO
1. Artigo em português
Página Título 2
Resumo 3
Introdução 4
Materiais e Métodos 5
Resultados 9
Discussão 11
Conclusão 14
Referências 15
Figuras 18
Tabelas 23
Lista de abreviaturas 24
2. Artigo em Inglês
Title page 26
Abstract 27
Introduction 28
Methods 29
Results 32
Discussion 34
Conclusion 36
References 38
Figures 41
Tables 46
List of abbreviations 47
3. Anexos 48
Anexo I - Parecer do Comitê de Ética em Pesquisa da PUCPR 49
Anexo II - Análise estatística 50
Anexo III – Metodologia estendida 56
Anexo IV – Normas para publicação – American Journal of Orthodontics and
Dentofacial Orthopedics 58
1
1. ARTIGO EM PORTUGUÊS
2
Caracterização do esmalte dentário e remanescentes adesivos após a remoção de brackets por meio de Tomografia por Coerência Óptica
Jorge César Borges Leão Filho, DDS Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, Brazil. School of Health and Biosciences Dentistry Graduate Program – Orthodontics Email: [email protected] Ana Karla Souza Braz Universidade Federal de Pernambuco, Pernambuco, Recife, Brazil. Biomedical Engineering Postgraduate Program Email: [email protected] Corresponding author
Orlando Motohiro Tanaka, DDS, PhD Professor, Graduate Dentistry Program, Orthodontics Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, Brazil School of Health and Biosciences Postdoctoral Fellow in The Center for Advanced Dental Education at Saint Louis University Email: [email protected]
Madera, EUA). Apesar de serem possíveis algumas variações na técnica de
descolagem, tal procedimento foi realizado de forma padronizada.6
O ACA foi posicionado diagonalmente nas margens cervical e incisal da
base dos brackets. O bracket foi removido com uma leve pressão do alicate
associada a um movimento rotacional no sentido horário (Figura 2,A).
O ARBA foi utilizado posicionando-se as suas pontas ativas na interface
bracket-esmalte nas margens cervical e incisal da base dos brackets. O bracket
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foi, então, removido com um movimento de inclinação para cervical do alicate,
criando um eixo rotacional na margem cervical do bracket. (Figura 2,B)
Imediatamente após à remoção dos brackets, os dentes foram
novamente examinados com a TCO, gerando imagens da superfície do
esmalte em 3D (5mmx5mm) da região dos remanescentes adesivos.
Quantificação dos remanescentes adesivos em T1
As imagens dos remanescentes adesivos gerados após a remoção dos
brackets foram processadas no software ImageJ (versão 1.44p, Wayne
Rasband National Institutes of Health, EUA). Neste software foram feitas as
seguintes mensurações: (1) Área de adesivo remanescente; (2) Área de fratura
de esmalte (caso fosse observada alguma região de fratura); (3) Área de
fragmentos de bracket (caso fossem observados fragmentos de brackets
gerados pela sua fratura). Todas estas mensurações foram transformadas em
valores percentuais, tendo como base a área total da base dos brackets (Figura
3). Todas estas mensurações foram convertidas em porcentagem, de acordo
com a seguinte equação:
Procedimentos de remoção dos remanescentes adesivos
Para a remoção dos remanescentes adesivos foram utilizadas dois tipos
de brocas de Carboneto de Tungstênio (Carbide): (1) Brocas de alta rotação
(Modelo CF375R, Beijing Smart Technology, Beijing, China) à 300.000 RPM;
(2) Brocas de baixa rotação (Modelo CB27204, Beijing Smart Technology,
Beijing, China) 7500 RPM. Estes procedimentos foram realizados por um único
operador, com as brocas sempre posicionadas paralelamente ao longo eixo
dos dentes, com movimentos de vai-e-volta de mesial para distal. O
procedimento, para cada amostra, foi considerado concluído após observação,
visual e macroscópica, da remoção satisfatória dos remanescentes. Uma broca
nova foi utilizada para cada dez amostras. Ao fim desta etapa, novas leituras
com a TCO, em modo 2D (corte transversal), foram realizadas.
Quantificação dos remanescentes adesivos em T2
8
As imagens em corte transversal (2D) da camada de remanescente
adesivo após o uso das brocas de alta e de baixa rotação foram processadas
no software ImageJ. Neste software foram feitas as seguintes mensurações: (1)
maior profundidade da camada de adesivo remanescente (µm); (2) área da
camada de adesivo remanescente (µm2) (Figura 4).
Leituras com a TCO
Neste estudo, um sistema comercial de Tomografia por Coerência
Óptica do tipo espectral (Ganymede OCT/Thorlabs, Newton, EUA) produziu
imagens volumétricas e em cortes transversais. O sistema é baseado no
interferômetro de Michelson. Ele se conecta a um computador pré-configurado
e as imagens são obtidas por meio de uma varredura. A unidade base contém
a fonte de luz, que neste caso é um diodo superluminescente (DSL) cujo
comprimento de onda está centrado em 930nm, com largura espectral de
100nm. Com uma taxa de a-scan de 29kHz, este sistema consegue produzir 29
frames por segundo (fps) com 512 linhas por frames e uma resolução axial de
55μm. O sistema de TCO usado neste estudo produz imagens em 2D (corte
transversal) e em 3D (imagem volumétrica de superfície). As leituras com a
TCO foram realizadas antes da colagem dos brackets em T0 (2D e 3D), após a
remoção dos brackets em T1 (3D) e após a remoção dos remanescentes
adesivos em T2 (2D).
Análise estatística
Visando identificar diferença nos valores médios das três variáveis
analisadas em T1, segundo bracket e alicate, utilizou-se ANOVA a dois
critérios, modelo fatorial completo, uma vez que n=30. A homogeneidade de
variâncias entre os quatro grupos foi testada utilizando-se o teste de
homogeneidade de variâncias de Levene. A comparação entre os grupos após
o teste ANOVA indicar diferenças estatisticamente significantes foi feita
utilizando-se o teste de Games-Howell para variâncias heterogêneas, uma vez
que o teste de Levene indicou variâncias heterogêneas para as 3 variáveis.
Para as variáveis Área de fragmento do bracket e Área de fratura do esmalte,
que apresentaram valores constantes para metálico/ACA e metálico/ARBA,
além do teste ANOVA utilizou-se os testes não paramétricos U de Mann-
9
Whitney e de Kruskal-Wallis que conduziram às mesmas conclusões do teste
paramétrico ANOVA.
Com o objetivo de identificar se existia dependência estatisticamente
significativa entre a frequência de fraturas de esmalte ocorridas e as variáveis
independentes alicate e bracket, foi utilizado o teste do Qui-Quadrado. O nível
de significância adotado foi de 5%.
Para identificar diferença nos valores médios de profundidade e área da
camada de remanescentes adesivos em T2, segundo alicate e broca, testou-se
inicialmente a normalidade dos dados através do teste de normalidade
Kolmogorov-Smirnov e a homogeneidade de variâncias entre os tratamentos
utilizando o teste de Levene. Uma vez que todos os tratamentos apresentaram
distribuição normal, utilizou-se ANOVA a dois critérios, modelo fatorial
completo. A comparação entre os diferentes tratamentos, após o teste ANOVA
indicar diferenças estatisticamente significantes, foi feito utilizando o teste de
Games-Howell para variâncias heterogêneas, ou o teste de Tukey HSD para
variâncias homogêneas. O teste de correlação linear de Pearson foi utilizado
para comparar o comportamento das variáveis profundidade e área da camada
de remanescentes em T2.
RESULTADOS
Poder de reprodutibilidade das medidas efetuadas
Na Tabela 1 encontram-se a variância total, a variância do erro, a
variância do erro em relação à variância total (Erro de Dahlberg em %), bem
como o coeficiente de confiabilidade e o coeficiente de correlação de Pearson,
para as variáveis mensuradas durante o presente estudo. Para a análise do
erro de Dalhberg, de modo ideal, a variância do erro não deve exceder 3% da
variância total, sendo que apenas nos casos cuja variância do erro for maior
que 10% a mensuração seria imprópria27,28. No presente estudo o erro de
Dahlberg não ultrapassou 2,16% nas mensurações realizadas, indicando que o
avaliador reproduziu as medidas de forma aceitável (Tabela 1).
10
Análise do esmalte e quantificação do remanescente adesivo após a
descolagem (T1)
Na Figura 5 observa-se a comparação entre os intervalos de confiança e
os valores médios da área de remanescente adesivo sobre o esmalte, segundo
as variáveis bracket (metálico e cerâmico) e alicate (ACA e ARBA). A Tabela 2
apresenta o resultado do teste de comparações múltiplas de Games-Howell
para as variáveis presentes na Figura 5. Verificou-se que, apesar de os
brackets metálicos sempre apresentarem menor valor médio de remanescente
adesivo que os brackets cerâmicos, independentemente do tipo de alicate
usado para a descolagem, não houve diferença estatisticamente significativa
entre estes valores (p>0,05). Da mesma forma, não foi observada diferença
estatisticamente significativa (p>0,05) entre os alicates ACA e ARBA, tanto
para brackets metálicos como para brackets cerâmicos, mesmo que o alicate
ARBA tenha sempre apresentado valores médios de área de remanescente
adesivo menores que o ACA.
Na Figura 6 observa-se a comparação entre os intervalos de confiança e
os valores médios de área de fragmentos de bracket sobre o esmalte, segundo
as variáveis bracket (metálico e cerâmico) e alicate (ACA e ARBA). Observou-
se que as fraturas ocorreram apenas em brackets cerâmicos, e que o uso do
alicate ACA resultou em menor valor médio de fragmentos destes brackets. No
entanto, não houve diferença estatisticamente significativa entre a quantidade
de fragmentos produzidos pelo uso dos alicates ACA e ARBA (p>0,05).
Na Figura 7 observa-se a comparação entre os intervalos de confiança e
os valores médios de área de fratura do esmalte, segundo as variáveis bracket
(metálico e cerâmico) e alicate (ACA e ARBA). Observou-se que as fraturas de
esmalte ocorreram apenas em amostras coladas com brackets cerâmicos, e
que o uso do alicate ACA resultou em menor média de áreas de fratura. No
entanto, não houve diferença estatisticamente significativa entre a quantidade
de fraturas de esmalte produzidas pelo uso dos alicates ACA e ARBA (p>0,05).
A Figura 8 apresenta a frequência da ocorrência de fraturas de esmalte
segundo as variáveis bracket e alicate. Observa-se que o dano ao tecido
dentário ocorreu apenas na descolagem de brackets cerâmicos e que as duas
11
técnicas de descolagem produzem uma frequência de fraturas estatisticamente
semelhantes (p>0,05).
Profundidade e área da camada de remanescente adesivo após clean-up (T2)
Após a realização dos procedimentos de remoção dos remanescentes
adesivos, observou-se que o uso de broca de baixa rotação permite a obtenção
de uma superfície de esmalte com menor quantidade de resíduos adesivos
quando comparada ao uso de broca de alta rotação, tanto para a profundidade
(Figura 9) quanto para a área (Figura 10) da camada de remanescente adesivo
(p<0,05). O teste de correlação linear de Pearson demonstrou correlação
estatisticamente significativa entre os valores de profundidade e área
mensuradas (p<0,05; r=0,7662), o que indica que estes dois parâmetros podem
ser utilizados para quantificar a camada de remanescentes adesivos.
DISCUSSÃO
A descolagem de brackets é um procedimento que gera riscos de danos
ao esmalte dentário, na forma de rachaduras, arranhões ou perda de
tecido.29,30 A chave para a preservação deste tecido pode ser o uso de
instrumentos que evitem o desenvolvimento de falhas adesivas na interface
esmalte-adesivo, deixando sobre a superfície do dente a maior quantidade
possível de remanescentes adesivos.31 Knosel et al6 observaram que a
manutenção da integridade estrutural do esmalte após a descolagem coincide
com a presença de maiores quantidades de remanescentes adesivos.
Os dois alicates avaliados no presente estudo geraram grandes
quantidades de remanescentes adesivos: 87,29 ± 1,89% para o ACA e 80,96 ±
3,14% para o ARBA (Figura 1). A quantidade de remanescentes adesivos foi
estatisticamente semelhante para o uso destes dois alicates (p> 0.05), fato que
está em concordância com o estudo de Knosel.6 Estas observações sugerem
que, tanto o ACA quanto o ARBA, podem ser utilizados para a descolagem
com relativa segurança para os tecidos dentários, uma vez que as altas
quantidades de remanescentes adesivos geradas por ambos indicam falha
adesiva na interface bracket-adesivo. No entanto, em discordância com estes
resultados, Zarrinnia et al2 verificaram que o uso do ARBA promove falhas na
interface bracket-adesivo, enquanto que o ACA promove falhas na interface
12
adesivo-esmalte. Porém, como o número de amostras analisadas por Zarrinnia
et al2 para a comparação entre estes dois alicates foi pequena (n=6), talvez
estas observações não sejam conclusivas.
A descolagem de brackets cerâmicos ocorre principalmente por falha na
interface esmalte-adesivo,32 enquanto que a descolagem de brackets metálicos
resulta, na maioria dos casos, da falha na interface entre o adesivo e a base do
bracket.1,32,33 No presente estudo, o tipo de bracket (metálico ou cerâmico) não
foi capaz de influenciar, de forma estatisticamente significativa, a quantidade de
remanescentes adesivos sobre o esmalte após a descolagem (p>0.05), sendo
que para ambos os tipos de bracket houve uma maior incidência de falha na
interface adesivo-bracket.
Os brackets cerâmicos são extremamente friáveis, portanto, uma
pequena quantidade de energia pode ser suficiente para fraturá-los.34,35
Clinicamente, esta fratura durante sua descolagem é indesejável, pois a
permanência de fragmentos cerâmicos sobre o dente dificultam os
procedimentos de acabamento e polimento do esmalte em um momento
posterior.36,37 Fatores como o design, técnica de descolagem, força aplicada e
a presença de ranhuras ou defeitos no bracket podem influenciar a ocorrência
de fraturas dos brackets cerâmicos durante a sua descolagem.34,38 No presente
estudo foi verificado que, tanto o ACA quanto o ARBA, produziram quantidades
estatisticamente semelhantes de fragmentos cerâmicos sobre o esmalte após
os procedimentos de descolagem (p>0.05) (Figura 6).
No presente estudo verificou-se que as fraturas de esmalte ocorreram
unicamente durante a descolagem de brackets cerâmicos, revelando o maior
risco de danos promovidos por este procedimento quando comparada à
descolagem de brackets metálicos. Estudos prévios39-41 apontam uma maior
probabilidade de fratura de esmalte após a descolagem de brackets cerâmicos,
relacionando esta tendência à forte adesão destes dispositivos ao esmalte.
Observou-se, ainda, que o tipo de instrumento utilizado para a
descolagem não afetou significativamente tanto a extensão (Figura 7) quanto a
frequência (Figura 8) dos danos ao esmalte, uma vez que não foram
observadas diferenças estatisticamente significativas entre a área e a
13
frequência do dano produzido pelo uso de ACA ou ARBA (p>0,05). Estes
resultados estão de acordo com Knosel et al,6 que observaram maior incidência
de fraturas de esmalte após o uso do ARBA, porém não verificaram diferenças
estatisticamente significativas entre os dois métodos de descolagem.
Chen et al42 verificaram que a extensão e a incidência de fraturas de
esmalte não são modificadas se são utilizadas forças de tensão, cisalhamento
ou torção durante a remoção de brackets. Este fato pode justificar a ausência
de diferenças significativas na extensão da área de fratura observada pelo uso
do ACA e ARBA no presente estudo. No entanto, após realizar um estudo com
elementos finitos, Knox et al43 concluíram que fraturas no esmalte são mais
prováveis após a utilização de forças de torção quando comparadas a forças
de cisalhamento puras. Deve ser lembrado que, além da técnica utilizada para
a descolagem de brackets, fatores como a presença de trincas e defeitos
estruturais no esmalte, previamente à colagem destes dispositivos, também
podem aumentar o risco de fratura do esmalte.38,41 A exclusão de dentes com
danos no esmalte realizada no presente estudo minimiza este efeito.
Nenhum outro estudo realizado até o presente momento avaliou a
quantidade de remanescentes adesivos, em profundidade, após a realização
de diferentes procedimentos de clean-up. No presente estudo, a mensuração
da profundidade da camada de resíduos adesivos foi possível pelo uso da
TCO que permite a obtenção de imagens em corte longitudinal das estruturas
dentárias, em tempo real e de forma não-invasiva.
Verificou-se que o uso de brocas em baixa rotação permite uma remoção
mais efetiva dos remanescentes adesivos com relação às brocas em alta
rotação, uma vez que tanto a profundidade (Figura 9) quanto a área (Figura 10)
da camada de remanescentes adesivos foram significativamente menores após
o uso das brocas de baixa rotação (p<0,05). Estudos30,38,44 relatam que a
realização do clean-up com brocas de baixa rotação é um procedimento mais
seguro, pois envolve uma menor perda de esmalte durante sua execução.
Bishara et al38 ainda relataram que a remoção dos remanescentes adesivos por
meio de brocas de alta rotação origina uma superfície de esmalte
significativamente mais rugosa do que pelo uso de brocas de baixa rotação.
Apesar de diversos estudos2,30,33,34,44,45 avaliarem as características de
14
superfície do esmalte após a remoção dos remanescentes adesivos, não foi
encontrado na literatura nenhum estudo no qual foi avaliada a espessura da
camada de adesivo remanescente.
A menor quantidade possível de remanescentes após o clean-up, com
mínimas perdas de esmalte, deve ser almejada visando o reestabelecimento
dos tecidos dentários o mais próximo possível do seu estado original.
A Tomografia por Coerência Óptica apresenta grande potencial para uso
na pesquisa ortodôntica, e além disso, pode se tornar uma ferramenta muito útil
na prática clínica, pois o aparelho é capaz de avaliar as estruturas dentárias em
tempo real, de forma não invasiva, superficialmente (3D) e em profundidade
(2D). No entanto, mais estudos são necessários para se aperfeiçoar a técnica,
e assim, possibilitar o uso clínico desta tecnologia.
Conclusões
Por meio da analise da estrutura dentária com o OCT, após os
procedimentos de descolagem de brackets e clean-up, observou-se que:
1. O tipo de alicate (ACA ou ARBA) ou de bracket (metálico ou cerâmico)
utilizados não influenciam a quantidade de remanescentes adesivos sobre o
esmalte após descolagem;
2. Áreas de fraturas de esmalte e de fragmentos de brackets foram
observadas somente nas amostras com brackets cerâmicos, sendo que o tipo
de alicate (ACA ou ARBA) não influencia a quantidade de fragmentos
cerâmicos ou na extensão das áreas de fratura do esmalte;
3. O uso de brocas em baixa rotação permite uma remoção mais efetiva
dos remanescentes adesivos durante os procedimentos de cleanup.
15
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18
FIGURAS
Figura 1
Figura 1. Representação esquemática da divisão dos grupos experimentais
Figura 2
Figura 2. Posicionamento e sistema de forças geradas pelo (A) Alicate de Corte de
Amarrilho (ACA) e pelo (B) Alicate de Remoção de Brackets Anteriores (ARBA).
19
Figura 3
Figura 3. Imagens obtidas para mensuração das variáveis Área de
adesivo remanescente (RAd), Área de fratura de esmalte (setas), Área de fragmentos
de bracket (AFB); Esmalte (Esm).
Figura 4
Figura 4. Imagens utilizadas para mensuração das variáveis Profundidade da camada
de adesivo remanescente (PRA) em 4A e Área da camada de adesivo remanescente
(ARA) em 4B. Remanescente Adesivo (RAd); Esmalte (Esm).
20
Figura 5
Figura 5. Intervalos de confiança e valores médios de área de
remanescente adesivo sobre o esmalte (%), segundo o tipo de bracket
(metálico e cerâmico).
Figura 6
Figura 6. Intervalos de confiança e valores médios de área de
fragmentos dos brackets sobre o esmalte, segundo as variáveis
bracket (metálico e cerâmico) e alicate (ACA e ARBA).
21
Figura 7
Figura 7. Intervalos de confiança e valores médios de área de fratura de
esmalte, segundo as variáveis bracket (metálico e cerâmico) e alicate
(ACA e ARBA).
Figura 8
Figura 8. Frequência de fraturas de esmalte segundo as variáveis
bracket e alicate
Figura 9
22
Figura 9. Intervalos de confiança e valores médios de Profundidade (um)
da camada de remanescente adesivo após clean-up
Figura 10
Figura 10. Intervalos de confiança e valores médios de
Área (um2) da camada de remanescente adesivo após clean-
up
23
TABELAS
Tabela 1 – variância total, variância do erro, erro de Dalhberg, coeficiente de confiabilidade e coeficiente de correlação de Pearson para as mensurações realizadas.
MENSURAÇÃO VARIÂNCIA TOTAL
St2
VARIÂNCIA ERRO Se
2
ERRO DE DAHLBERG
(%)
COEF. CONFIAB.
(%)
COEF. CORREL.
(%)
Área Adesivo (%) 463,3082 10,0089 2,1603 97,8397 97,9241 Área Fragmento Bracket (%) 0,0000 0,0000 0,0000 100,0000 100,0000 Área Fratura Esmalte (%) 0,0000 0,0000 0,0000 100,0000 100,0000 Área camada remanescente (µm
2)
1,1091E+11 4,5599E+08 0,4111 99,5889 99,6375
Profundidade da camada remanescente. (µm)
3387,2622 0,2005 0,0059 99,9941 99,9946
Tabela 2 - Teste de comparações múltiplas de Games-Howell para a área de remanescente adesivo, segundo Bracket (metálico e cerâmico) e Alicate (ACA e ARBA).
(I) Bracket x Alicate
(J) Bracket x Alicate
Diferença média
Erro padrão
Valor p
Intervalo de confiança 95%
Limite inferior
Limite superior
Metálico/ACA Metálico/ ARBA 8.3467 6.0054 0.5113 -7.5884 24.2818
ARBA - Alicate para Remoção de Brackets Anteriores
RRes - Área de adesivo remanescente
FBC - Área de fragmentos de bracket
Esm – Esmalte
FBC – Fragmentos de Bracket
PPR - Profundidade da camada de adesivo remanescente
ARA - Área da camada de adesivo remanescente
PRA – Profundidade de Remanescente Adesivo
RAd - Remanescente Adesivo
25
1. ARTIGO EM INGLÊS
26
Characterization of the enamel and adhesive remaining after removal of
brackets by optical coherence tomography
Jorge César Borges Leão Filho, DDS Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, Brazil. School of Health and Biosciences Dentistry Graduate Program – Orthodontics Email: [email protected]
Ana Karla Souza Braz Universidade Federal de Pernambuco, Pernambuco, Recife, Brazil. Biomedical Engineering Postgraduate Program Email: [email protected] Corresponding author
Orlando Motohiro Tanaka, DDS, PhD Professor, Graduate Dentistry Program, Orthodontics Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, Brazil School of Health and Biosciences Postdoctoral Fellow in The Center for Advanced Dental Education at Saint Louis University Email: [email protected]
Technology, Beijing, China) and a low-speed tungsten carbide finishing bur
(Model CB27204, Beijing Smart Technology, Beijing, China). The cleanup was
performed by a single operator (J.L.), with the bur positioned parallel to the long
axis of the teeth and executed with horizontal movements. The procedure was
considered complete after visual and macroscopic observation of satisfactory
removal of the remnants. A new bur was used for each ten samples. After
cleanup, new readings using OCT in a 2D mode (cross-sectional images) were
performed.
Quantification of the adhesive remaining layer (T2)
The cross-sectional images (2D) of the adhesive remaining layer after
the cleanup procedure were processed with the ImageJ software. The following
measurements were made: (1) the greatest depth of the adhesive remaining
layer (μm); and (2) the area of adhesive remaining layer (μm2) (Figure 4).
OCT observation
In this study, a commercial spectral optical coherence tomography
system (Ganymede OCT/ Thorlabs) produced cross-sectional (2D) and
volumetric (3D) optical imaging. The system is based on the Michelson
interferometer set-up. It is connected to a preconfigured PC and the images are
obtained with a scanner probe. The base unit contains the super luminescent
diode (SLD) light source. The wavelength of the SLD is centered at 930nm, with
a spectral width of 100nm. With an A-scan rate of 29kHz, this system can
produce 29fps with 512 lines per frame and an axial resolution of 5μm.
Optical Coherence Tomography images were performed to evaluate the
surface of the intact enamel before bonding at T0 (2D and 3D), after bracket
removal at T1 (3D) and after residual resin removal at T2 (2D).
Statistical analysis
To identify differences in the mean values of the three measurements at
T1, (for variable brackets and pliers) we used a two-way ANOVA test (full
32
factorial design, n=30). The homogeneity of variances among the four groups
was tested using the Levene's test. The comparison between groups after
ANOVA test was performed using the Games-Howell test for heterogeneous
variances because the Levene's test indicated heterogeneous variances for 3
variables. For the area of the bracket fragments and the enamel fracture area,
which showed constant values for metallic/SC and metallic/ABR, the ANOVA
test was used with a nonparametric Mann-Whitney U and Kruskal-Wallis test.
These tests led to the same conclusions as the parametric test.
We used a Chi-square test to identify whether there was a statistically
significant association between the frequency of enamel fractures and the
independent variables (bracket and pliers). The level of significance was set at
5%.
To identify differences in the mean depth and the area of adhesive
remaining layer at T2 for the different groups, the Kolmogorov-Smirnov test was
used to assess the normality of the data and a Levene’s test was used to
assess the homogeneity of variances. Because all the treatments were normally
distributed, we used a two-way ANOVA test and a full factorial design. Then,
the Games-Howell test was used for heterogeneous variances, and the Tukey
HSD test was used for homogeneous variances. The Pearson's linear
correlation test was used to compare the behavior of the variables analyzed at
T2.
We performed a Dahlberg's error test to analyze errors in methodology
for all measurements obtained in the present study.
RESULTS
Reproducibility power of measurements
Table 1 shows the total variance, the variance of the error, the error
variance relative to the total variance (Dahlberg error in %), as well as the
confiability coefficient and Pearson's correlation coefficient for the variables
measured. Ideally, the Dahlberg's error should not exceed 3% of the total
variance. The measurement is considered improper for cases where the error
variance is greater than 10%.20,21 In this study, the Dahlberg error did not
33
exceed 2.16%, indicating that the evaluator acceptably reproduced the
measurements (Table 1).
Analysis of enamel and quantification of adhesive remaining after debonding
(T1)
Figure 5 shows the quantity of adhesive remaining on the enamel (%) for
the different brackets (metal and ceramic) and pliers (SC and ABR). Table 2
presents the results of the Games-Howell multiple comparison test for these
variables. It was found that although the metal brackets generated smaller
amounts of remaining adhesive than ceramic brackets regardless of the type of
pliers used for debonding, there was no statistically significant difference
between them (p> 0.05). Likewise, there was no statistically significant
difference (p> 0.05) between the SC and ABR groups, regardless of the type of
brackets. The ABR group values for the area of adhesive remaining was smaller
than for the SC group.
Figure 6 shows the area of bracket fragments for the different brackets
(ceramic and metallic) and pliers (SC and ABR). It was observed that fractures
occurred only in samples bonded with ceramic brackets and that the use of SC
resulted in a lower quantity of fragments. However, there was no statistically
significant difference in the area of bracket fragments produced by the use of
SC or ABR pliers (p> 0.05).
Figure 7 shows the area of the enamel fracture for the different brackets
(metal and ceramic) and pliers (SC and ABR). It was observed that the enamel
fracture occurred only in samples bonded with ceramic brackets and that the
use of SC pliers resulted in less extensive damage to the enamel. However,
there was no statistically significant difference in the extension of enamel
fractures produced by the use of SC or ABR pliers (p> 0.05).
Figure 8 shows the frequency of enamel fractures for the different
brackets and pliers. It was observed that the damage to the tooth tissue
occurred only after the debonding of ceramic brackets. The two debonding
techniques produced a statistically similar frequency of enamel fractures (p>
0.05).
Depth and area of the adhesive remaining layer after cleanup (T2)
34
After removing the remaining adhesive, it was observed that the use of
low-speed burs led to an enamel surface with less adhesive residue when
compared to the use of high-speed burs, which was true for both the depth
(Figure 9) and the area (Figure 10) of the adhesive remaining layer (p <0.05).
The Pearson's linear correlation test showed a statistically significant correlation
(p <0.05, r = 0.7662) between the values measured (depth and area), indicating
that these two parameters can be used to quantify the adhesive remaining
layer.
DISCUSSION
The debonding of brackets is a procedure that creates a risk of damage
to the enamel in the form of cracks, scratches or tissue loss.29,30 The key to the
preservation of this tissue may be the use of techniques that prevent the
development of adhesive failures at the enamel-adhesive interface, leaving as
much adhesive on the tooth surface as possible.22 Knosel et al19 observed that
maintaining the structural integrity of the enamel after debonding coincides with
the presence of larger quantities of adhesive remaining.
The two pliers evaluated in this study generated large amounts of
remaining adhesive: 87.29 ± 1.89% for the SC and 80.96 ± 3.14% for the ABR
(Figure 1) groups. The amount of adhesive remaining was not significantly
different after the use of these two pliers (p> 0.05), a result which is in
agreement with the study by Knosel.19 These observations suggest that both
SC and ABR pliers may be used for debonding. SC and ABR pliers are
relatively safe for dental tissues because the high amounts of adhesive
remnants generated by both indicate adhesive failure at the bracket-adhesive
interface. However, contrary to these findings, Zarrinnia et al23 found that the
use of ABR promotes failures at the bracket-adhesive interface, while SC
promotes failures at the enamel-adhesive interface. However, because the
number of samples analyzed by Zarrinnia et al23 was small (n = 6), perhaps
these observations are not conclusive.
The debonding of ceramic brackets mainly occurs because of failure at
the enamel-adhesive interface.24 On the other hand, the debonding of metal
brackets leads to, in most cases, a failure at the interface between the adhesive
and the bracket base.1,33,34 In the present study, the type of bracket (metal or
35
ceramic) did not significantly influence the amount of adhesive remaining on the
enamel after debonding (p> 0.05), indicating that there is a higher incidence of
failure at the adhesive-bracket interface for both types of brackets.
The ceramic brackets are extremely brittle, and therefore, a small amount
of energy can be enough to fracture them.25,26 Clinically, a bracket fracture
during debonding is undesirable because the presence of ceramic fragments on
the tooth hampers the polishing of the enamel.27,28 Factors such as bracket
design, debonding technique, amount of force applied and the presence of
defects in the bracket slots can influence the occurrence of fractures in ceramic
brackets during debonding.25,29 In this study, it was found that both SC and ABR
pliers produced statistically similar amounts of ceramic fragments on the
enamel after debonding procedures (p> 0.05) (Figure 6).
In this study, it was found that enamel fractures occurred only during the
debonding of ceramic brackets, revealing a greater risk of damage promoted by
this procedure compared to the debonding of metal brackets. Previous
studies30-32 indicated a higher likelihood of enamel fractures after the debonding
of ceramic brackets, which relates to the strong adhesion of ceramic brackets to
the enamel.
It was observed also that the type of pliers used for debonding did not
significantly affect both the extent (Figure 7) and the frequency (Figure 8) of
damage to the enamel because there were no statistically significant differences
between the area and frequency of damage produced by the use of SC or ABR
pliers (p> 0.05). These results are in agreement with Knosel et al,19 who
observed no statistically significant difference (p> 0.05) in the incidence of
enamel fractures after using ABR or SC pliers.
Chen et al33 found that the extent and incidence of enamel fractures are
not modified by tensile or shearing/twisting forces during the debonding of
brackets. This fact may explain the lack of significant differences in the extent of
the fracture area observed with SC and ABR pliers in this study. However, after
conducting a finite element study, Knox et al34 concluded that the enamel
fractures most likely occur after the use of torsional forces when compared to
pure shear forces. It must be remembered that, apart from the technique used
for debonding, the presence of cracks and structural defects in the enamel prior
36
to bonding can also increase the risk of enamel fracture.29,32 The exclusion of
teeth with enamel damage in the present study minimizes this effect.
This is the first study to assess the amount of adhesive remaining, in
depth, after performing different cleanup procedures. In this study, the
measurement of the adhesive remnants layer depth was possible with the use
of OCT, which obtains cross-sectional images of dental structures in a real-time
and non-invasive way.
It was found that the use of burs at low speed more effectively removes
the adhesive remaining compared to burs at high speed because both the depth
(Figure 9) and the area (Figure 10) of the adhesive remaining layer was
significantly lower after the use of the low-speed burs (p <0.05). Studies29,35,36
report that cleanup with low-speed burs is a safer procedure because it involves
less enamel loss than high-speed burs.
Bishara et al29 also reported that the removal of the adhesive remaining
using high-speed burs results in a significantly rougher enamel surface than
using low-speed burs. Although many studies23,25,35-38 have evaluated the
characteristics of the enamel surface after cleanup procedures, no studies have
analyzed the thickness of the remaining adhesive layer after cleanup.
The lowest possible amount of adhesive remaining after the cleanup,
with minimum loss of enamel, should be the aim at the end of orthodontic
treatment with a fixed appliance. This re-establishes the dental tissues as close
to their original state as possible.
Optical coherence tomography technology has great potential for use in
orthodontic research, and can become a useful tool in clinical practice because
it is able to assess the dental hard tissues non-invasively, superficially (3D) and
in-depth (2D). However, more efforts are needed to improve the technique and
the device to enable the clinical use of this technology.
CONCLUSIONS
Through analysis of the tooth structure with OCT after debonding and
cleanup procedures, the following observations were made:
37
1. The type of pliers (SC or ABR) or brackets (metal or ceramic) used did not
influence the amount of adhesive remaining on the enamel after debonding;
2. Areas of enamel fractures and bracket fragments were observed only in
samples bonded with ceramic brackets, and the type of pliers (SC or ABR) did
not influence the amount of ceramic fragments or the extent/incidence of
enamel damage;
3. The use of burs at low speed more effectively removed the adhesive remaining
during cleanup procedures.
38
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41
FIGURES
Figure 1
Figure 1. Schematic representation of the experimental groups
Figure 2
Figure 2. Positioning and forces generated by (A) SC and (B) ABR.
42
Figure 3
Figure 3. Images obtained for the measurement of variables. Adhesive
Remaining Area (ARA), enamel fracture area (arrows), Bracket Fragments Area
(BFA), Enamel (En).
Figure 4
Figure 4. Images obtained for the measurement of variables. Adhesive
Remaining Layer Depth (ARLD) in 4A and Adhesive Remaining Layer Area
(ARLA) in 4B. Adhesive Remnant (AR), Enamel (En).
43
Figure 5
Figure 5. Confidence intervals and the mean adhesive remaining area (%) on
the enamel according to the type of bracket (metal and ceramic) and type of
pliers (SC and ABR).
Figure 6
Figure 6. Confidence intervals and mean bracket fragment area (%) on the
enamel according to the type of bracket (metal and ceramic) and type of pliers
(SC and ABR).
44
Figure 7
Figure 7. Confidence intervals and the mean enamel fracture area (%) on the
enamel according to the type of bracket (metal and ceramic) and type of pliers
(SC and ABR).
Figure 8
Figure 8. Incidence of enamel fractures according to the type of bracket (metal
and ceramic) and type of pliers (SC and ABR).
45
Figure 9
Figure 9. Confidence intervals and the mean adhesive remaining layer depth
(µm) after cleanup.
Figure 10
Figure 10. Confidence intervals and the mean adhesive remaining layer area
(µm2) after cleanup.
46
TABLES
Table 1 – The total variance, the variance of the error, the error variance relative to the total variance (Dahlberg error in %), the confiability coefficient and Pearson's correlation coefficient for the variables measured.
Mensurations Total
Variance St2
Error Variance Se
2
Dahlberg's Error (%)
Reliability Coefficient (%)
Correlation Coefficient (%)
Adhesive remaining area (%) 463.3082 10.0089 2.1603 97.8397 97.9241
Bracket fragments area (%) 0,0000 0,0000 0,0000 100 100
Enamel fracture area (%) 0,0000 0,0000 0,0000 100 1000 Adhesive Remaining Layer Area (µm
2)
1.1091E+15 4.5599E+12 0,4111 99.5889 99.6375
Adhesive Remaining Layer Depth (µm)
3387.2622 0,2005 0,0059 999941 999946
Table 2 - Games-Howell multiple comparison test for adhesive remaining on the enamel (%), according to brackets (metal and ceramic) and pliers (SC and ABR).
Anexo I - Parecer do Comitê de Ética em Pesquisa da PUCPR
50
Anexo II – Análise Estatística
Efeito das variáveis Bracket e Alicate na Área de remanescente adesivo,
Área sem adesivo, Área de fragmento do bracket e Área de fratura de
esmalte.
Tabela 1 – Teste de homogeneidade de variâncias
Levene Statistic df1 df2 Valor p
Área Adesivo (%) Based on Mean 4.761 3 116 0.00363 Área sem Adesivo (%) Based on Mean 5.662 3 116 0.00118 Área Fragmento do Bracket (%) Based on Mean 14.442 1 58 0.00035
Área Fratura esmalte (%) Based on Mean 6.167 1 58 0.01593
Tabela 2 – Estatística descritiva das variáveis Área de remanescente adesivo, Área sem adesivo, Área de fragmento do bracket e Área de fratura de esmalte, segundo Bracket e Alicate.
Tabela 3 – Teste de comparações múltiplas de Games-Howell para variâncias heterogêneas para a Área de Adesivo (%), segundo as variáveis Bracket e Alicate.
Tabela 4 – Teste de comparações múltiplas de Games-Howell para variâncias heterogêneas para a Área de fragmento do bracket (%), segundo as variáveis Bracket e Alicate.
Tabela 5 – Teste de comparações múltiplas de Games-Howell para variâncias heterogêneas para a Área de fratura de esmalte(%), segundo as variáveis Bracket e Alicate.
Total 60 314813.37 407260.38 52577.09 209606.86 420019.88 0.00 2322638.00
54
Tabela 10 – Teste de comparações múltiplas de Tukey HSD para variâncias heterogêneas para a Profundidade da camada de remanescentes (µm), segundo as variáveis Bracket e Alicate
Tabela 11 – Teste de comparações múltiplas de Tukey HSD para variâncias heterogêneas para a Área da camada de remanescentes (µm), segundo as variáveis Bracket e Alicate
Tabela 12 – Teste de correlação linear de Pearson entre as variáveis Profundidade da camada de remanescentes (µm) e Área de da camada de
remanescentes (µm2)
Profundidade
(um) Área (um2)
Profundidade (um) Pearson Correlation 1 ,766**
Valor p
0.00000
N 60 60
Área (um2) Pearson Correlation ,766** 1
Valor p 0.00000
N 60 60
Gráfico 1 - Correlação linear de Pearson para as variáveis Profundidade da camada de
remanescentes (µm) e Área de da camada de remanescentes (µm2)
56
Anexo III – Metodologia estendida
Procedimentos de colagem
Figura 1 – A, Incisivo hígido; B, Condicionamento ácido; C, Aplicação do sistema adesivo; D, Fotopolimerização; E, Procedimento de colagem finalizado.
Figura 2 - Dimamômetro Figura 3 – Posicionamento do
dimamômetro, previamente à
fotopolimetrização do cimento adesivo
57
Procedimentos de leitura no OCT
Figura 4 – Amostra em posição durante realização de leitura no TCO
58
Anexo IV – Normas para publicação – American Journal of Orthodontics
and Dentofacial Orthopedics
Information for Authors
Electronic manuscript submission and review
The American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics uses the
Elsevier Editorial System (EES), an online manuscript submission and review
system.
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