Les lampes à polymériser : mesure de l'irradiance à travers des disques de composites avec le radiomètre Gigahertz-Optik

Être équipé d'une bonne lampe à polymériser est indispensable en pratique quotidienne adhésive moderne [¹-³]. Le praticien a de plus en plus recours à des matériaux photo-polymérisables et/ou dual utilisés dans les techniques directes et indirectes (^fig. 1 à ⁵). La qualité et la pérennité des restaurations sont directement liées et impactées par la photo-polymérisation et, pourtant, certains praticiens sont tentés par des lampes dites low-cost, moins chères que des lampes de marque car c'est leur principal argument. Ces lampes sont surtout peu fiables et inadaptées à la pratique adhésive de qualité. Le simple fait d'avoir une lumière bleue (^fig. 1) projetée au hasard sur le matériau ne permet pas une polymérisation adéquate. En réalité, toutes les lampes ne sont pas équivalentes et leur qualité a un effet considérable sur le résultat clinique final.

Une lampe à polymériser Led doit avoir un impact lumineux suffisamment puissant et durable [⁴, ⁵]. L'intensité est la densité de puissance ou d'énergie, aussi appelée irradiance, d'une lampe à photopolymériser ; elle est exprimée en milliwatts par centimètre carré (mW/cm²) et calculée en divisant la puissance de la lampe par la surface finale de l'embout. Il faut absolument vérifier la véritable intensité car des distributeurs trichent en annonçant de très bonnes intensités mais avec des embouts fins concentrant l'irradiation lumineuse. Cette intensité doit être suffisante pour que le degré de conversion soit correct car il dépend de l'énergie lumineuse reçue par le matériau [⁶]. Moins il y a de photons émis, moins il y a de connexions possibles ; il faudra donc plus de temps ou plus de puissance pour avoir une bonne irradiation. Mais cela a une certaine limite car la notion de débit (temps × intensité) n'est valable que dans une certaine mesure. La loi de réciprocité bas débit/longue durée et haut débit/courte durée est difficile à appliquer en dentisterie et surtout elle n'est pas complètement exacte. Si l'intensité est faible, même en augmentant le temps nous n'arriverons jamais à une irradiation suffisante, le faisceau lumineux n'étant pas assez puissant pour pénétrer suffisamment en profondeur (la quantité de lumière diminue en fonction du carré de la distance). Si l'intensité est forte, la lumière trop intense va bloquer rapidement la réaction de prise et de plus avec un temps court, elle ne pourra pas se propager en profondeur. Il faudra donc une certaine puissance associée à un temps précis pour avoir une bonne polymérisation.

En fait, ce qui compte lorsque nous polymérisons un matériau photo-polymérisable, c'est qu'il ait un degré de conversion le plus élevé possible pour avoir des propriétés physico-chimiques maximales et appropriées [⁷]. Or, un matériau composite n'est polymérisé qu'à 70 %, voire 50 %. Donc l'utilisation de la lampe à polymériser doit être optimisée au maximum car le degré de conversion du matériau dépend de l'énergie lumineuse qu'il reçoit. Il est recommandé qu'un composite d'épaisseur 2 mm reçoive entre 12 et 24 J/cm² (Total Energy Concept ou quantité d'énergie délivrée au matériau) pour une adéquate polymérisation. Plus l'énergie lumineuse est importante, plus le degré de conversion est élevé ; plus la quantité d'énergie délivrée est élevée, plus le matériau est dur [⁸].

Mais la littérature scientifique diverge sur la quantité d'énergie nécessaire pour une bonne polymérisation des résines composites. Certaines études ont établi que la dose minimale requise pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques d'un composite durci devrait être d'au moins 24 J/cm². Cependant, ce n'est pas une valeur absolue et elle peut varier d'un composite à un autre, selon principalement le type, la couleur, la translucidité et les photo-initiateurs présents [⁹]. Aujourd'hui, il est admis qu'une valeur de 16 J/cm² est la dose nécessaire pour polymériser complètement un incrément de 2 mm de composite, même si cette valeur peut être inférieure dans certains cas.

Actuellement, des temps de 20 secondes sont donc préconisés pour des lampes qui font 800 mW/cm² pour avoir la quantité d'énergie de 16 J/cm² validée par la profession dans de nombreuses études et utilisée avec le système MARC [¹⁰]. Ce sont des mesures théoriques et il s'avère qu'il est toujours nécessaire d'augmenter le temps d'irradiation lumineuse pour obtenir cette valeur car, au-delà de 2 mm de profondeur, le degré de conversion et donc la dureté du matériau diminuent rapidement quelle que soit la source lumineuse (Norme ISO 4049 Scraping test à 2 mm de profondeur, la dureté doit être au moins égale à 80 % de celle de la surface).

Toutes les lampes actuelles LED de marques reconnues possèdent une intensité minimale susceptible de provoquer une polymérisation adéquate d'une épaisseur de 2 mm de matériau mais leurs flux lumineux plus ou moins puissants et collimatés entraînent des différences de polymérisation en profondeur [¹¹, ¹²].

Il faut donc en plus veiller à la collimation de la lampe, c'est-à-dire à la sortie de son faisceau lumineux. Il faut qu'il parte bien droit et ne se disperse pas pour aller le plus loin possible en profondeur. On observe sur certaines lampes, et en particulier sur celles à bas prix, un faisceau d'irradiation lumineuse qui s'évase et perd très vite en intensité. Le matériau sera moins polymérisé en profondeur par absence de pénétration du flux lumineux. Cela peut être facilement vérifié en présentant le faisceau lumineux à travers un verre rempli de jus de pomme (^fig. 6).

Il y a donc une perte de polymérisation par absence de pénétration du flux lumineux à travers le matériau composite. Nous avons montré que sa structure et sa composition influencent les résultats de dureté et donc du degré de conversion mais aussi que son épaisseur joue un rôle clé dans sa conversion [¹³]. Plus la couche de matériau est épaisse, moins la conversion est prévisible. Il faut, pour une efficacité à une distance normale, que le faisceau soit « collimaté » pour permettre à un maximum d'énergie d'atteindre la restauration dans toutes les situations. Plus le faisceau est « collimaté » (bords parallèles), plus il est efficace à une distance clinique cohérente. Si vous maintenez la fibre à une certaine distance, la lumière se disperse et entraîne une perte d'intensité de votre lampe. La plupart des lampes sont testées en laboratoire pour des distances de quelques millimètres. Ces mesures expérimentales donnent une représentation artificielle de leur efficacité car, en réalité, la plupart des restaurations sont photo-polymérisées in vivo entre 4 et 10 mm, distance à laquelle l'énergie et l`efficacité de la lampe sont largement réduites. Cliniquement, il existe aussi 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 [¹³]. Il nous a donc semblé intéressant de montrer les pertes de l'intensité lumineuse pouvant être mises en évidence grâce au radiomètre Gigahertz-Optik MSC 15-W en interposant des disques de composites de différentes épaisseurs et teintes entre la lampe et le capteur de cet appareil (^fig. 7).

Le Gigahertz-Optik MSC 15-W est un radiomètre compact et portable spécifique permettant de mesurer la puissance des lampes à polymériser en tenant compte du diamètre de sortie de l'embout lumineux ou des lentilles utilisées par certains fabricants (^fig. 8). De plus, avec cet appareil, leurs spectres d'émission peuvent être affichés ; sa conception de pointe se concentre sur la précision des mesures plutôt que sur des fonctions électroniques ésotériques inutiles, ce qui se traduit par un compteur de haute qualité. Cet appareil est en somme un petit système Marc portable avec un capteur de 15 mm de diamètre adapté à toutes les fibres ou lentilles optiques délivrant le flux d'irradiation lumineuse [¹⁰]. Le capteur de lumière est constitué d'un spectroradiomètre rapide qui couvre une plage spectrale comprise entre 360 nm et 830 nm (plage V-lambda selon CIE S023) avec une bande passante spectrale de 10 nm. L'appareil intègre également une fonction de correction de bande passante optique (CIE 214) afin d'améliorer encore la qualité des valeurs calculées à partir des données de mesure spectrale. Une caractéristique de qualité essentielle des dispositifs photométriques est leur étalonnage précis et traçable. Le MSC15 est étalonné par le laboratoire d'étalonnage de Gigahertz-Optik accrédité par DAkkS (D-K-15047-01-00) pour la réceptivité spectrale et l'irradiance spectrale conformément à la norme ISO/IEC 17025. Chaque appareil est fourni avec son certificat d'étalonnage respectif.

Cet appareil est donc adéquat pour les tests que nous voulons réaliser : à savoir, mesurer les puissances des lampes, leurs spectres et les pertes de puissance à travers des disques de composites de différentes épaisseurs et teintes fabriqués à partir de l'échantillonneur de la société Smile Line. Pour l'utiliser, il suffit, dans un premier temps de rentrer le diamètre de l'embout ou de la lentille de la lampe à polymériser, mesuré avec un pied à coulisse numérique. L'irradiance obtenue tiendra donc compte du diamètre et sa valeur sera alors réelle. Pour ces tests, nous avons réalisé des disques de composite Mosaïc® de la société Ultradent. Nous avons choisi les teintes (ET, EN, OW, A1, A2 et A3) et, avec l'échantillonneur de la société Smile Line, des disques de différentes épaisseurs (0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm et 2,5 mm) ont été confectionnés (^fig. 7 et ⁹).

Les irradiances de différentes lampes ont été étudiées à travers ces disques de composite. Nous avions à notre disposition la Valo® et la Valo® Grand de Ultradent, la Bluestyle® et la Bluephase® G4 de Ivoclar-Vivadent, la Radii Xpert® de SDI, la Elipar® S10 de 3M Espe, la D-light Pro® de GC et la Smartlite® Focus de Dentsply. Des modes présents sur des lampes ont aussi été testés (^fig. 10).

Les résultats de toutes les lampes testées sont en corrélation avec les pertes de dureté et, donc, avec le taux de conversion du matériau composite en profondeur [¹⁴, ¹⁵]. En effet, une faible dureté en profondeur traduit un taux de conversion faible dû au manque d'irradiation lumineuse. La quantité d'énergie délivrée au matériau n'est pas assez suffisante car le flux lumineux est faible et ralenti par la structure et la composition du matériau. L'augmentation de l'épaisseur des disques en composite a un effet négatif sur tous les appareils de photopolymérisation en profondeur et cela très rapidement (^fig. 11 et ¹²).

On note que, lorsque les lampes ou les modes sont plus puissants, la perte d'irradiation est moins importante mais existe toujours. Outre la quantité totale d'énergie délivrée, la façon dont la lumière est produite et livrée peut varier beaucoup, selon le type et la construction de la lampe à polymériser. Ainsi, la collimation de la lumière de l'appareil est significative puisque la densité de puissance délivrée à l'extrémité est importante mais aussi parce que l'énergie qui est effectivement livrée en profondeur doit pouvoir y aller facilement par collimation lorsque la distance entre l'extrémité de la lumière et le bas de la restauration augmente, comme c'est le cas dans la plupart des restaurations de classe 2. Cette information est primordiale pour s'assurer que même les couches plus profondes du composite sont correctement durcies [¹⁶].

Les lampes ayant des puissances faibles ont des chutes d'irradiation très rapides même sous des disques de faible épaisseur. Il existe une collimation insuffisante de ces lampes généralement associée.

Cliniquement, 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. Les tests réalisés avec le radiomètre le confirment. Plus la teinte du composite est saturée ou opaque, moins le flux lumineux pénètre à travers les disques ; plus la teinte est claire ou transparente, moins nous avons de perte d'irradiation lumineuse en profondeur [¹³].

Toutes les lampes sont concernées et nous retrouvons toujours le même schéma dans les graphiques avec une chute d'irradiance importante à 0,5 mm, sauf pour les teintes « émail » , mais avec toujours des variations en fonction de la puissance et de la collimation de la lampe. Plus l'irradiation est importante, moins il y a de pertes à travers les disques de composite (^fig. 11 et ¹²).

Cela montre bien qu'il est donc important de travailler les composites par stratification. Cela est d'autant plus nécessaire pour des teintes foncées ou opaques, que l'on met en général en profondeur pour masquer les dyschromies ou recréer un noyau dentinaire, ou en lingual ou palatin pour bloquer la lumière afin d'éviter un effet grisâtre antérieur inesthétique [¹⁷]. Le radiomètre Gigahertz-Optik permet toutefois de comparer les lampes même si elles n'ont pas toutes la même puissance, possèdent des embouts de diamètres différents et n'ont pas la même collimation puisque le diamètre des fibres optiques ou lentilles est pris en compte.

De façon générale, teintes et épaisseurs sont liées et jouent un rôle important dans la perte d'irradiance en profondeur pour toutes les lampes. Tous les graphiques sont similaires avec moins de pertes pour les lampes plus puissantes et ayant une meilleure collimation (^fig. 11, ¹² et ¹³), car cela permet au flux lumineux de pénétrer plus profondément pour délivrer une quantité d'énergie convenable à la polymérisation du matériau. Cliniquement, il faudra donc augmenter le temps d?insolation lumineuse pour espérer avoir un taux de conversion acceptable et le plus élevé possible sachant que les matériaux composites ne sont polymérisés qu'entre 50 % et 70 % au maximum. Mais la loi de réciprocité temps x densité de puissance a des limites car un flux lumineux faible même avec un temps long ne pénétrera pas en profondeur. Si nous ne gardons que le mode standard des lampes, la moyenne générale de l'irradiance se situe entre 400 et 250 mw/cm² : Valo (377 mw/cm²), Valo Grand (370 mw/cm²), Smartlite focus (352 mw/cm²), Elipar S10 (316 mw/cm²), Bluephase style (290 mw/cm²), Radii-cal (280 mw/cm²), Bluephase G4 (250 mw/cm²) et D-Light Pro (180 mw/cm²). Par contre, si on inclut les modes plus puissants, l'ordre ne change pas mais la bluephase G4 et la D-light Pro par leur mode HP remonte dans le classement : Valo Grand (370, 665 et 910 mw/cm²), Valo (377, 545 et 880 mw/cm²), D-Light Pro (180 et 366 mw/cm²), Smartlite focus (352 mw/cm²), la bluephase G4 (250 et 320 mw/cm²), Elipar S10 (316 mw/cm²), Bluephase style (290 mw/cm²), Radii-cal (280 mw/cm²). Ce classement n'est valable que pour les tests faits dans le cadre de cette étude. D'autres tests doivent être réalisés à savoir avec d'autres matériaux directs et indirects, la collimation et les spectres... Nous avons tenu compte dans nos tests des diamètres des sorties lumineuses (embouts et lentilles). Pour mesurer l'irradiance exacte de chaque lampe, dans le radiomètre nous rentrons la valeur du diamètre mesuré, ce que font très peu de fabricants. Le diamètre et l'irradiance sont étroitement liés et peuvent fausser les résultats s'ils ne sont pas corrélés. Cela permet de comparer les lampes plus précisément. Il nous a semblé intéressant de savoir aussi dans le cadre de cette étude si la lentille 50 % plus grande de la lampe à photopolymériser Valo Grand® présentant les mêmes caractéristiques que la Valo® est bénéfique puisque cela est important dans le calcul de l'irradiance exacte. Cette lentille de 12 mm permet de photopolymériser une molaire de 10 mm et une meilleure polymérisation en profondeur.

Les résultats comparatifs des deux lampes d'Ultradent montrent que la Valo Grand® obtient de meilleures valeurs d'irradiance en profondeur avec les modes High et Xtra mais aussi selon les teintes étudiées. Ce n'est qu'à partir de l'épaisseur 0,5 mm que des différences apparaissent entre les deux lampes. Le mode standard ne montre pas de différences significatives entre elles. Cela est intéressant car avec sa lentille plus large et sa technologie spécifique, cette lampe apporte donc une amélioration dans les irradiations profondes des matériaux composites.

Conclusion

Les praticiens doivent prendre conscience du rôle important que jouent les lampes à polymériser dans leur pratique quotidienne adhésive [¹¹]. La qualité et la pérennité des restaurations dépendent de leurs bonnes utilisations (^fig. 14). Avoir un composite bien polymérisé, c'est-à-dire avec un taux de conversion élevé, permet d'obtenir de meilleures propriétés mécaniques et, par conséquent, une meilleure performance clinique. Lors de la polymérisation d'un matériau, nous devons utiliser une lampe avec une irradiance correcte pour que son flux lumineux amène une quantité d'énergie suffisante en profondeur, d'autant plus importante que sa collimation sera importante. Les tests réalisés montrent que la densité de puissance des lampes diminue très rapidement à travers des disques de composite. L'épaisseur et la teinte jouent un rôle dans la propagation du flux lumineux en profondeur. Tous ces facteurs sont particulièrement importants et doivent être pris en compte dans une dentisterie moderne peu invasive. Il faudra ne pas l'oublier dans nos techniques restauratrices. D'après tous les tests réalisés, toutes les lampes présentent le même schéma de perte d'irradiance en profondeur dès 0,5 mm et en fonction des teintes, sauf pour celles « émail » qui par leur translucidité, laissent passer la lumière plus profondément. Toutes les lampes possèdent pratiquement la même moyenne d'irradiance générale en fonction de l'épaisseur et de la teinte si nous enlevons les deux modes les plus puissant ; nous remarquons aussi que lorsque la lampe est plus puissante ou possède des modes d'irradiations plus intense, les pertes sont moindre mais existent, tout de même. Il faudra donc en tenir compte d'autres tests avec le radiomètre Gigahertz-Optik devront être menés avec d'autres matériaux directs et indirects car leurs différentes structures et compositions ont une influence non négligeable dans la propagation de la lumière et, donc, dans la quantité d'énergie que recevront ces matériaux.

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