A comparative evaluation of conventional composite, high-viscosity glass ionomer cement, and compomer used in primary teeth by finite element stress analysis

The aim of this study is to evaluate and compare the stress distributions occurring in Class I and Class II restorations and tooth structures restored with commonly used restorative materials in primary teeth—namely, resin-based composite (Filtek Z350 XT, 3M ESPE, Germany), high-viscosity glass ionomer cement (Equia Forte Fill, GC Corporation, Tokyo, Japan), and compomer (Dyract XP, Dentsply Sirona, Germany)—using the Finite Element Stress Analysis (FESA) method, and to compare the obtained results with those of an unrestored tooth model. Computed tomography images obtained retrospectively from patients who applied to the Department of Pediatric Dentistry at Istanbul Health and Technology University for diagnosis and treatment, and recorded by the Department of Oral and Maxillofacial Radiology for diagnostic purposes, were used in this study. From these, the tomographic image of a caries-free mandibular primary molar was selected, and a three-dimensional digital tooth model was created using computer software. During the modeling process, a total of 13 models were generated: one sound tooth model (control) and twelve restored models prepared with three different restorative materials. In ANSYS software, the occlusal contact points of the second primary molar were considered, and a vertical load of 240 N was applied to simulate maximum bite force, while oblique loads of 100 N at 0°, 45°, and 90° angles were applied to simulate masticatory forces. The maximum Von Mises stress values generated in the enamel, dentin, and restorative materials were calculated. According to the results, oblique loads produced higher stress values than vertical loads in all models. The stresses observed in enamel were higher than those in dentin, and the stress values in Class II MOD cavities were significantly greater compared to Class I and Class II (MO and DO) cavities. When analyzed by material type, the lowest Von Mises stress values in dental tissues were observed in models restored with Filtek Z350 XT composite. The high elastic modulus of this material contributed to a more homogeneous distribution of the applied load. Dyract XP compomer exhibited moderate stress values and, due to its hybrid structure, demonstrated a balanced performance incorporating characteristics of both composite resin and glass ionomer materials. The highest stress levels within the tooth tissues were observed in the models restored with Equia Forte. Consequently, these findings indicate that the loading angle applied to the tooth directly affects the magnitude of stresses generated in the enamel and dentin. More oblique forces, such as at 45°, resulted in an uneven distribution of the load within the tooth structure and led to increased stress accumulation, whereas more horizontal loading angles better preserved the structural integrity of the tooth and produced lower stress values. These findings demonstrate that both material selection and the applied loading conditions play a decisive role in the long term longevity, structural integrity, and functional success of the restoration in clinical treatment planning.”

Çalışmanın amacı, süt dişi tedavilerinde yaygın olarak kullanılan rezin içerikli kompozit materyal (Filtek Z350 XT, 3M ESPE, Germany), yüksek viskoziteli cam iyonomer siman (YVCİS), Equia Forte HT, GC, Tokyo, Corporation) ve kompomer (Dyract XP, Dentsply Sirona, Germany) ile restore edilmiş sınıf I ve II restorasyonlarda ve diş dokularında meydana gelen streslerin sonlu elemanlar stres analizi (SESA) yöntemi kullanılarak ölçülmesi ve restorasyonsuz dişte oluşan stres değerleri ile karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmesidir. Çalışmada İstanbul Sağlık ve Teknoloji Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Pedodonti Anabilim Dalına teşhis ve tedavileri için başvurmuş ve İstanbul Sağlık ve Teknoloji Üniversitesi Ağız, Diş ve Çene Radyolojisi Anabilim Dalı’nda tanı ve tedavi amaçlı çekilmiş bilgisayarlı tomografi görüntüleri geriye dönük olarak taranmıştır. Süt azılarında çürük bulunmayan bir alt çeneye ait tomografi görüntüsü seçilerek bu görüntü içinden bilgisayar programları aracılığı ile üç boyutlu dijital diş modeli oluşturulmuştur. Modelleme sürecinde, üç restoratif materyalle hazırlanmış 12 restore edilmiş diş modeli ve bir sağlam diş (kontrol) modeli olmak üzere toplam 13 model oluşturulmuştur. ANSYS yazılımında, alt süt ikinci molar dişin oklüzal temas noktaları dikkate alınarak maksimum ısırma kuvvetini taklit etmek için 240 N aksiyal, çiğneme kuvvetlerini simüle etmek için ise 100 N’luk oblik yükler (0°, 45°, 90°) uygulanmıştır. Mine, dentin ve restoratif materyallerde oluşan maksimum Von Mises stres değerleri hesaplanmıştır. Sonuçlara göre, tüm modellerde oblik kuvvetler dik kuvvetlere göre daha yüksek stres değerleri oluşturmuştur. Mine dokusundaki stresler, dentine göre daha yüksek bulunmuş; Sınıf II MOD ve MO kavitelerde oluşan stres değerleri, Sınıf I ve Sınıf II (DO) modellerinden elde edilen stres değerlerine göre belirgin biçimde yüksek bulunmuştur. Materyal bazında incelendiğinde, diş dokularında en düşük Von Mises stres değerleri Filtek Z350 XT kompozit uygulanmış modellerde gözlenmiştir. Bu materyalin yüksek elastik modülü, yükün daha homojen dağılmasını sağlamıştır. Dyract XP kompomer orta düzey stres değerleri göstermiş; hibrit yapısı sayesinde hem kompozit hem cam iyonomer özellikleriyle dengeli bir performans sergilemiştir. Diş dokularında en yüksek stresler Equia Forte HT kullanılan modellerde gözlenmiştir. Sonuç olarak dişlere uygulanan yükleme açısının, mine ve dentin dokularında oluşan gerilme miktarını doğrudan etkilediğini ortaya koymaktadır. 45°açıyla uygulanan oblik yüklemeler yükün diş yapısında dengesiz dağılmasına ve yüksek stres birikimine yol açarken aksiyal yükleme açıları, dişin yapısal bütünlüğünü daha iyi koruyarak daha düşük stres değerlerine sebep olmuştur. Bu bulgular, klinik tedavi planlamasında hem materyal seçiminin hem de uygulanacak yükleme koşullarının restorasyonun uzun dönem ömrü, yapısal bütünlüğü ve fonksiyonel başarısı üzerinde belirleyici bir rol oynadığını ortaya koymaktadır.