Apport du système MARC® dans l’utilisation clinique des lampes à polymériser : épaisseur et teinte des matériaux composites en antérieur

Le degré de polymérisation d’un matériau composite peut être influencé par différents paramètres comme le type de matériau (structure et teinte), son épaisseur, sa mise en œuvre (stratification), la nature des générateurs de lumière (LED), le temps d’irradiation, la distance de l’embout par rapport à la cavité ainsi que le mode d’irradiation [¹-⁴]. Différentes méthodes peuvent être utilisées dans l’étude et la caractérisation des matériaux photopolymérisables comme la spectrophotométrie permettant de caractériser l’émission de différentes lampes, la microscopie électronique à balayage permettant non seulement d’analyser la microstructure des matériaux et leur microdureté mais aussi de caractériser indirectement le degré de polymérisation [²].

Le mode de polymérisation et la nature de la lumière peuvent s’avérer être des paramètres déterminants dans le taux de polymérisation du composite. En effet, il est nécessaire que le spectre d’émission de la lampe soit en corrélation avec le ou les spectres d’émission des photo-initiateurs des matériaux pour qu’il y ait photolyse ; il apparaît que l’émission d’un spectre large situé dans les faibles longueurs d’onde à la limite de l’ultraviolet (380-390 nm) et s’étendant jusqu’à 500 nm procure des résultats beaucoup plus constants et réguliers quel que soit le matériau testé. En effet, si la camphoroquinone est le photo-initiateur le plus souvent employé dans la technique des composites dentaires (la bande d’activation située entre 450 et 490 nm est l’absorbance de la camphoroquinone agissant surtout dans la phase initiale du processus de polymérisation), on lui associe souvent ou on lui substitue une dicétone dont les domaines d’excitation se situent entre 390 et 430 nm. Il va de soi qu’un spectre d’émission filtré en aval de 430 nm ne permettra pas d’optimiser l’amorçage de la réaction. Il sera nécessaire de vérifier la composition des matériaux et de savoir s’ils sont en corrélation avec le spectre d’émission de la lampe à photopolymériser que l’on veut utiliser pour ne pas avoir de problèmes de réactivité avec leurs photo-initiateurs. Il semble donc intéressant que les lampes futures puissent s’adapter aux matériaux composites dont les compositions sont plus ou moins secrètes et donc inconnues pour certains de leurs composants [⁵-⁷].

Actuellement, en clinique, les matériaux photopolymérisables sont durcis essentiellement par l’apport de l’irradiation lumineuse de lampes LED (^fig. 1). Ces sources lumineuses délivrent un spectre de rendement optimal puisque la totalité de l’énergie produite sera utile à la réaction chimique. Mais ces lampes doivent émettre un large spectre lumineux apte à polymériser tous les matériaux contenant les différents photo-initiateurs, comme les anciennes lampes halogène, pour répondre aux besoins cliniques ; en effet, il est très difficile, voire impossible, de connaître exactement les photo-amorceurs ou les photo-initiateurs contenus dans les matériaux qui sont utilisés pour restaurer les dents.

Pour un spectre d’excitation donné, le temps d’irradiation influence non seulement le degré de conversion en surface mais surtout en profondeur [⁸, ⁹]. En augmentant le temps d’insolation, on accroît la probabilité de diffusion photonique. Mais cette diffusion suit des lois variables selon les matériaux, comme Rueggeberg et al. [³, ¹⁰] le montrent dans l’existence d’une relation entre l’énergie totale émise et les propriétés mécaniques des matériaux (énergie totale émise = énergie émise × temps d’irradiation). Cette énergie totale émise augmente la probabilité de rencontre d’un photon et d’un amorceur, et d’un radical libre et d’une double liaison. Il est important que la réaction de polymérisation se fasse et, pour cela, il faut donc un certain temps d’irradiation pour obtenir une bonne polymérisation. Il est donc nécessaire d’avoir une énergie adéquate ; elle est exprimée en milliwatts (mW). Elle correspond à l’irradiation du matériau avec une lumière de longueur d’onde spécifique. La puissance de sortie d’une lampe est caractérisée par l’intensité lumineuse, le plus souvent mesurée en mW/cm² : 400 mW/cm² est l’intensité lumineuse minimale nécessaire pour accomplir une polymérisation complète pour une épaisseur de 2 mm. La quantité totale d’énergie délivrée au matériau à une longueur d’onde ciblée est plus correcte et appropriée car la quantité de lumière disponible (pour exciter l’initiateur) diminue rapidement de la surface vers le fond de la restauration par l’absorption et la dispersion de la lumière. Il existe une relation entre le temps d’insolation et l’épaisseur d’un matériau, mais il y aura toujours une limite puisque le matériau ne sera jamais polymérisé à 100 % ; la dureté n’augmentera plus à partir d’un certain temps puisque toutes les doubles liaisons auront été en partie transformées en liaisons covalentes, le degré de conversion du matériau ne pouvant plus évoluer. En plus, l’intensité de la lampe joue un rôle important car cela permettra une meilleure pénétration en profondeur du flux lumineux dans les limites structurales des matériaux et de leurs absorbances. Actuellement, des temps de 10 à 20 secondes sont préconisés et la quantité d’énergie de 16 J/cm² est validée par la profession dans de nombreuses études. Il faut donc retenir que ce qui importe reste la quantité de photons émis à la longueur d’onde adéquate. Toutes les lampes actuelles de marques reconnues possèdent une intensité minimale susceptible de provoquer une polymérisation adéquate d’une épaisseur de 2 mm de matériau [³, ¹⁰].

Enfin, l’obtention d’un bon degré de conversion ­requiert un temps d’irradiation qui est fonction de la teinte du matériau. Un matériau de teinte saturée possède un coefficient d’absorption plus important, donc un temps de polymérisation également plus important, qu’un autre. Il existe une corrélation entre la teinte et la polymérisation : plus la teinte du composite est foncée ou opaque, plus la dureté (ou poly­mérisation) diminue par absence de pénétration en profondeur du flux lumineux. Il faudra donc, en clinique, adapter tous les facteurs (temps, énergie, épaisseur et teinte) pour avoir une bonne polymérisation du matériau utilisé. L’utilisation d’une lampe à polymériser ne se limite donc pas à une simple insolation d’une lumière « bleue » sur un matériau ! Cela est très important dans la dentisterie adhésive esthétique [¹¹].

Système MARC®

Le système MARC® [⁶] (ici, le simulateur de patient), est très intéressant pour son approche pédagogique, universitaire et clinique (^fig. 2 à ⁴). Le simulateur de patient utilise une tête de mannequin avec deux cavités standard (une classe I et une classe IV pour restauration composite). Un capteur se trouve dans chaque cavité. Cet appareil scientifique et clinique permet de mesurer l’irradiation transmise et l’énergie émise en bouche, mais aussi le spectre d’émission de la lampe à polymériser (^fig. 5). L’objectif est de mieux comprendre la quantité et le type d’énergie reçue dans la cavité et de comparer différentes lampes et modes de polymérisation. Le simulateur de patient permet de gérer et contrôler les différents paramètres : la lampe, la technique, le facteur opérateur, les caractéristiques de la restauration et, surtout, l’énergie nécessaire.

Lampes LED et Système MARC [7]

La Valo® Cordless (^fig. 6) :

• est une lampe sans fil et à batterie rechargeable. Elle couvre un spectre large de longueurs d’onde (370-530 nm) permettant de polymériser tout type de produits dentaires, même ceux ne pouvant pas l’être avec la plupart des lampes LED car ils contiennent de la lucirine, de la butadione ou du phényle propanedione ;

• dispose d’une lentille dont la conception spéciale assure une concentration unique des rayons lumineux lors de la polymérisation ;

• possède :

– 4 LED de haute efficacité fonctionnant à une fraction seulement de leurs capacités pour garantir une plus grande longévité,

– 3 modes différents d’irradiation– –standard : 1 000 mW/cm²/1 s (1J), haute puissance : 1 400 mW/cm²/1s (1,4J) et extrême puissance : 3 200 mW/cm²/1s (3,2J).

La Demi Ultra® de Kerr (^fig. 7) :

• est une lampe LED. Elle bénéficie :

– de l’Ultracapacité U-40™ qui est une technologie révolutionnaire avec une charge rapide et une longévité exceptionnelle (source d’alimentation non dégradante, recharge rapide en 40 secondes, ne nécessitant pas de remplacement) et une capacité à pleine charge de 25 polymérisations de 10 secondes,

– de la technologie C.U.R.E™ (marque déposée) : polymérisation en profondeur et de façon uniforme associée aux plus faibles températures que l’on trouve sur le marché de la photopolymérisation, une profondeur optimale de polymérisation plus une faible génération de chaleur, pas de compromis sur le temps de polymérisation ;

• a une intensité de 1 100 à 1 330 mW/cm², avec une longueur d’onde de 450 à 470 nm et des durées de polymérisation de 5, 10 et 20 secondes. Son guide optique LED a un diamètre de 8 mm, angulé à 60°, non autoclavable.

La lampe SmartLite® Focus (^fig. 8) se présente sous un format stylo ergonomique avec un embout lumineux long qui peut effectuer une rotation de 330° et un bouton qui active un cycle de photopolymérisation de 20 secondes. Elle possède une optique qui réduit la divergence et assure un profil de faisceau lumineux homogène (surface de polymérisation [section optique croisée efficace] d’au moins 7,5 mm de diamètre). Cela garantit une polymérisation en profondeur de la plupart des matériaux de restauration Dentsply. La technologie de recharge intelligente vérifie l’état de la batterie de la lampe à photopolymériser et déclenche le mode de chargement approprié :

• mode de chargement rapide (automatique) pour profiter de 5 minutes de photopolymérisation en 10 minutes de charge quand la batterie est presque vide ;

• mode de chargement standard d’environ 3 heures pour une charge complète de la batterie ;

• mode veille pour prévenir la surcharge de la batterie quand elle est à pleine capacité.

Cette lampe permet la polymérisation de matériaux dentaires se polymérisant à une longueur d’onde comprise entre 460 et 490 nm.

Étude de la teinte et de l’épaisseur avec le système MARC® en antérieur

Pour montrer l’importance de certains facteurs lors de la polymérisation, nous avons comparé 3 lampes avec le système MARC® (^fig. 6 à ⁸) ; nous avons mesuré leurs intensités et leurs spectres d’émission à travers des échantillons de composite de teintes A2 générique, A2 émail et A2 dentine positionnés sur le capteur antérieur (^fig. 9 à ¹⁴). Ces pastilles de différentes épaisseurs (0,5, 1, 1,5 et 2 mm) ont été réalisées avec l’échantillonneur de la société Smile Line (^fig. 15). Pour chaque échantillon, nous avons réalisé 3 mesures avec chaque lampe. Des mesures seront refaites avec des pastilles de composite bien adaptées au capteur (diamètre de 3,9 mm) ; en effet, la distance au capteur obtenue est supérieure à celle du capteur plus l’épaisseur de la pastille car la pastille réalisée par l’échantillonneur est supérieure à 3,9 mm ; mais ce biais, étant le même pour toutes les épaisseurs, teintes et lampes, n’influence pas les mesures mais les résultats en ayant des valeurs plus faibles. Cela n’était pas le but recherché et, cliniquement, nous voulions montrer que l’épaisseur, la teinte et la puissance de la lampe sont des facteurs très importants dans la baisse de la polymérisation des composites dentaires ; cela est en corrélation et en adéquation avec les nombreuses études à ce sujet (^fig. 16 à ¹⁸).

Les résultats montrent que l’irradiance moyenne transmise et l’énergie totale délivrée dépendent de la teinte (saturation, translucidité et opacité) et de l’épaisseur des échantillons utilisés pour toutes les lampes. Les valeurs obtenues sont les plus élevées pour l’émail (plus de transparence ou plus de translucidité) ; celles mesurées pour la teinte générique sont plus faibles mais supérieures à celles enregistrées avec la teinte dentine qui est plus saturée et opaque que les deux autres. Avec les lampes Valo® et Demi Ultra®, 3 épaisseurs sont mesurées alors qu’avec la SmartLite® Focus, 2 mesures seulement pour la dentine sont enregistrées. Cela montre bien l’influence de la teinte avec sa transparence ou son opacité associée à l’épaisseur sur l’énergie délivrée au niveau du capteur et sur l’irradiance émise. Or, on sait qu’il faut une énergie de 16 J/cm² et une irradiance minimum de 400 mW/cm² pour avoir une bonne polymérisation du matériau. Il faudra donc augmenter le temps d’insolation du matériau pour avoir les valeurs minimales pour toutes les lampes. Mais cliniquement et heureusement, la stratification permettra d’augmenter la polymérisation par des insolations successives du matériau (^fig. 19 et ²⁰) [¹, ²].

Sur la ^{figure 21}, nous remarquons que toutes les valeurs des teintes ont été prises en compte ensemble ; cela montre bien le rôle de l’épaisseur dans la mesure de l’énergie totale émise. Dans les conditions idéales, la SmartLite® Focus entraîne des valeurs plus faibles pour les premières épaisseurs, donc en fonction de la distance, mais ensuite, pour les épaisseurs 3 et 4, il y a un tassement des valeurs qui deviennent identiques pour les 3 lampes.

Les épaisseurs ont également été prises en compte ensemble (^fig. 22) ; cela montre bien que l’épaisseur a plus d’influence que la teinte car on a des écarts types non significatifs. Si l’épaisseur est associée à des teintes très saturées et opaques, cela potentialisera le phénomène.

Enfin, les ^{figures 23} et ²⁴ montrent que seule la lampe Valo® possède un spectre large adapté à tous les matériaux photopolymérisables. Les lampes Demi Ultra® et SmartLite® Focus sont centrées essentiellement vers la camphoroquinone. Cela peut entraîner l’absence d’une polymérisation complète de certains matériaux contenant des photo-initiateurs ayant des spectres de réaction vers 380 nm. Des arguments sont présentés par les sociétés Kerr et Denstply quant à l’utilisation des lampes en fonction de leurs matériaux. Mais, à notre avis, plus le spectre est large, mieux c’est [⁴, ⁵].

Conclusion

Le concept MARC® est un système qui propose donc différentes réponses aux problèmes cliniques rencontrés par les chirurgiens-dentistes en pratique quotidienne. Le succès d’une polymérisation des résines composites dépend de l’énergie adéquate délivrée au matériau mais aussi du spectre d’émission des lampes ainsi que d’autres facteurs. Il nous a semblé donc intéressant de faire de petites expériences cliniques en ajoutant comme facteurs la teinte et l’épaisseur des matériaux. Les tests ont montré que la teinte et l’épaisseur jouent un rôle très important dans les mesures d’énergie délivrée et d’irradiance transmise. Il existe une corrélation entre la teinte et la polymérisation [¹²] : plus la teinte du composite est foncée ou opaque, plus la dureté (ou polymérisation) diminue par absence de pénétration en profondeur du flux lumineux. Il faudra donc, en clinique, adapter tous les facteurs (temps, énergie, épaisseur et teinte) pour avoir une bonne polymérisation, l’utilisation d’une lampe à polymériser ne se limitant pas à une simple insolation de lumière « bleue » sur un matériau !

Choisir sa lampe en fonction des critères développés est indispensable. Le concept MARC® permet de prendre conscience de tous ces problèmes.

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