TESIS Oleh:
TRI SARI DEWI PURBA 167160015
PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER GIGI SPESIALIS ILMU KONSERVASI GIGI
FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
TEGANGAN PADA GIGI PASCA PERAWATAN ENDODONTI YANG DIRESTORASI DENGAN PASAK PREFABRICATED DAN MAHKOTA PENUH DENGAN DESAIN FERRULE YANG
BERBEDA: FINITE ELEMENT ANALYSIS (FEA)
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Spesialis Konservasi Gigi (Sp. KG) Pada Fakultas
Kedokteran Gigi Universitas Sumatera Utara
Oleh:
TRI SARI DEWI PURBA 167160015
PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER GIGI SPESIALIS ILMU KONSERVASI GIGI
FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
Telah diuji
Pada Tanggal : 01 Oktober 2019
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Rasinta Tarigan, drg., Sp.KG(K) Anggota : 1. Dr. Eng. Ir. Indra. MT
2. Prof. Trimurni Abidin, drg., Sp.KG(K)., M.Kes 3. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc., M. Phil 4. Dennis, drg., MDSc., Sp.KG(K)
TEGANGAN PADA GIGI PASCA PERAWATAN ENDODONTI YANG DIRESTORASI DENGAN PASAK PREFABRICATED DAN
MAHKOTA PENUH DENGAN DESAIN FERRULE YANG BERBEDA: FINITE ELEMENT ANALYSIS (FEA)
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar spesialis konservasi gigi di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, Oktober 2019
Tri Sari Dewi Purba
CAD : Computer Aided Design FEA : Finite Element Analysis
FE : Finite Element
inti sudah digunakan sebagai restorasi perawatan endodonti karena mampu mendistribusikan tekanan oklusal sehingga dapat mencegah terjadinya fraktur gigi.
Efek mekanik ferrule pada daerah servikal gingiva adalah salah satu pendekatan untuk memperkuat gigi setelah restorasi pasak. Ferrule diklaim untuk mencegah hancurnya akar gigi penyangga dan membantu dalam memberikan perlawanan terhadap gaya pelepasan dan mencegah fraktur. Tinggi ferrule minimal 1-2 mm yang diperlukan untuk mencapai efek perlindungan. Uji mekanis dekstrutif penting untuk analisis biomekanik gigi dan bahan restorasi gigi, namun, uji ini memiliki kapasitas terbatas untuk menjelaskan hubungan tegangan dan regangan Finite element analysis (FEA) telah dikembangkan untuk memperoleh hasil yang lebih maksimal untuk analisis biomekanik. Simulasi ini dilakukan untuk membandingkan efek desain ketinggian ferrule terhadap ketahanan fraktur dan distribusi tegangan. lima model gigi insisivus pertama maksila 3D yang dikontruksi pada komputer (software AutoCAD 2016) dengan ketinggian ferrule: 0mm ferrule, 0,5mm, 1mm, 1,5mm dan 2mm. Kemudian dilakukan meshing dan input mechanical properties dilanjutkan pemberian beban 25 N dan 170 N pada sudut 1350 didaerah palatal. Hasil simulasi ini menunjukkan dengan bertambahnya tinggi ferrule dinyatakan dapat meningkatkan ketahanan fraktur gigi pasca perwatan endodonti dengan menurunkan deformasi dari model. Ferrule juga terbukti dapat menurunkan nilai konsentrasi tegangan pada daerah servikal labial. Selain itu juga terlihat bahwa ferrule dapat memperbesar regangan pada daerah servikal palatal dentin namun dinding palatal ferrule dapat menahan beban non-aksial dari sisi palatal.
Kata kunci : Ferrule, Finite element analysis (FEA), pasca perawatan endodonti, restorasi
Restoration of teeth after endodontic treatment often presents challenges because post-treatment endodontic teeth have the potential to fracture. Fibre post and core restorations have been used as endodontic treatment restorations because they can distribute occlusal pressure to prevent tooth fractures. The mechanical effect of the ferrule on the cervical gingival area is approach to strengthen teeth after post restoration. Ferrule is claimed to prevent the destruction of the supporting tooth roots and helps in providing resistance to the release force and prevents fractures. A minimum ferrule height of 1-2 mm is required to achieve a protective effect.
Destructive mechanical tests are important for biomechanical analysis of teeth and dental restorative materials, however, these tests have a limited capacity to explain the stress and strain relationship Finite element analysis (FEA) has been developed to obtain maximum results for biomechanical analysis. This simulation was carried out to compare the effect of the design of the height of the ferrule on fracture resistance and stress distribution. The first five maxillary 3D incisors were constructed on a computer (AutoCAD 2016 software) with ferrule heights: 0mm ferrule, 0.5mm, 1mm, 1.5mm, and 2mm. Then meshing and input mechanical properties were carried out followed by given a load force of 25 N and 170 N at an angle of 135º in the palatal area. The results of this simulation showed that increasing the height of the ferrule can increased the fracture resistance of the teeth after endodontic treatment by reducing the deformation of the model. Ferrule had also been shown to reduce stress concentration values in the labial cervical region. It is also had seen that the ferrule can enlarge the strain in the cervical palatal area but the palatal ferrule wall can withstand non-axial loads from the palatal side.
Keywords: Ferrule, Finite element analysis (FEA), post-endodontic treatment, restoration
dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Spesialis Konservasi Gigi dari Universitas Sumatera Utara.
Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada kedua orang tua tercinta, yaitu Bapak Wellington Purba dan Ibu Nurlinda Simatupang yang telah membesarkan, memberikan kasih sayang yang tak terbalas, doa, semangat, dan dukungan kepada penulis. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Suami dan Anak tercinta, serta kakak dan adik penulis yang telah memberikan dukungan, kasih sayang, doa, dan semangat kepada penulis. Dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan tesis ini, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan, bantuan, dan doa dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, dengan segala kerendahan hati dan penghargaan yang tulus, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar- besarnya kepada :
1. Dr. Trelia Boel, drg., M.Kes., Sp.RKG(K) selaku Dekan Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Sumatera Utara.
2. Cut Nurliza, drg., Sp.KG., M.Kes. selaku Ketua Departemen Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU dan anggota tim penguji yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis.
iv
Studi Pendidikan Dokter Gigi Spesialis Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU dan anggota tim penguji yang telah banyak meluangkan waktu, memberikan bimbingan, arahan, dukungan, dan semangat kepada penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik.
4. Nevi Yanti, drg., Sp.KG., M.Kes. selaku Sekretaris Departemen dan Sekretaris Program Studi Pendidikan Dokter Gigi Spesialis Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis.
5. Prof. Dr. Rasinta Tarigan, drg., Sp.KG(K) selaku pembimbing pertama penulis yang telah banyak meluangkan waktu, memberikan bimbingan, arahan, dukungan, dan semangat kepada penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik.
6. Dr. Eng. Ir. Indra, MT selaku pembimbing kedua penulis yang telah banyak meluangkan waktu, memberikan bimbingan, arahan, dukungan, dan semangat kepada penulis sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik.
7. Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc., M. Phil selaku anggota panitia penguji yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis.
8. Dennis, drg, MDSc., Sp.KG (K) selaku anggota panitia penguji yang telah memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis.
10. Seluruh pegawai Departemen Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU, yaitu Ibu Roslaini, Kakak Rosmila, dan Abang Ilyas yang juga telah banyak membantu penulis selama proses menjalani pendidikan.
11. Teman seangkatan dan seperjuangan pada Program Pendidikan Dokter Gigi Spesialis Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU, yaitu Kak Rina, Kak Jemy, Kak Imel, Kak Fitri, Kak Yani dan Kak Juli dan seluruh residen pada Program Pendidikan Dokter Gigi Spesialis Konservasi Gigi Fakultas Kedokteran Gigi USU mulai dari angkatan 7, 8 dan 9 yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah ikut membantu, mendukung, dan memberikan semangat maupun dorongan kepada penulis dalam menjalani pendidikan dan menyelesaikan tesis ini.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih terdapat banyak kekurangan, oleh karena itu, penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya. Penulis berharap semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan pemecahan masalah praktis.
Medan, Agustus 2019 Penulis,
Tri Sari Dewi Purba NIM : 167160015
Keterangan Pribadi
Nama : Tri Sari Dewi Purba
Alamat Tempat Tinggal : Jl. Abdul Hakim no 34. Pasar 1.Tanjung Sari,
Medan.
Jenis Kelamin : Perempuan
Agama : Kristen
Pekerjaan : PNS
No.Kontak : 082273052166
Nama Ayah : Wellington Purba
Nama Ibu : Nurlinda Simatupang
Suami : Robson Tambunan
Pendidikan Formal
Sekolah Dasar : SD Advent 2 Medan Sekolah Menengah : SMP Advent 1 Medan Sekolah Menengah Atas : SMA Negeri 5 Medan
Pendidikan Sarjana/ S1 : Fakultas Kedokteran Gigi USU
(TINI IV), 3 - 5 November 2017. Surabaya, Indonesia.
2. Poster. Non Surgical Endodontic Treatment of Large Periapical Lesions : A Case Report. FDI-IDA ke - 13 pada tanggal 17-18 November 2017.
3. Poster. Management Of Chronic Hyperplastic Pulpitis In Mandibular First Molars With Pulp Canal Obliteration : A Case Report. Medan INPRO Scientific Meeting II, 31 Agustus – 1 September 2018. Medan, Indonesia.
4. Poster. Nonsurgical Management Of Tooth With External Root Resorption: A Case Report. National Scientific Seminar In Periodontics (NaSSiP-5), 19 - 20 Oktober 2018.
5. Short lecture. The Clinical Approach In Endodontic Failure : A Case Report.
Pada Seminar Ilmiah Nasional IKORGI III (SINI III) tanggal 24-25 November 2018. Yogjakarta, Indonesia.
viii
Halaman HALAMAN JUDUL
JUDUL ...
HALAMAN PENGESAHAN JUDUL ...
HALAMAN PERNYATAAN ...
DAFTAR ISTILAH ...
ABSTRAK …... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR... iii
RIWAYAT HIDUP…... vi
PUBLIKASI... vii
DAFTAR ISI ………. viii
DAFTAR TABEL ……….. xii
DAFTAR GAMBAR ………. xiii
DAFTAR LAMPIRAN ………. xv
BAB 1 PENDAHULUAN ………. 1
1.1 Latar Belakang ………... 1
1.2 Rumusan Masalah ………. 6
1.3 Tujuan Penelitian ………... 7
1.3.1 Tujuan Umum ………... 7
1.3.2 Tujuan Khusus ……….. 7
1.4 Manfaat Penelitian ………. 8
1.4.1 Manfaat ilmiah………..………. 8
1.4.2 Manfaat klinis...……….. 8
1.4.3 Manfaat Praktis... 8
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ……… 9
2.1 Proses Fraktur Pasca Endodonti...………. 10
2.2 Sistem Monoblok dalam Perawatan Endodonti…………. 14
2.3 Ferrule...………...….. 17
2.3.1 Tinggi ferrule...………. 19
2.3.2 Lebar ferrule...………. 21
2.3.3 Jumlah dinding dan lokasi ferrule... 23
2.4 Finite Element Analysis... 26
2.4.1 Proses Finite Element Analysis... 30
2.4.1.1 The pre-processing phase... 31
2.4.1.2 Solution phase... 34
2.4.1.2 Post processing phase... 34
2.5 Kerangka Teori ……….. 37
BAB 3 KERANGKA KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN … 38 3.1 Kerangka Konsep ……….. 38
3.2 Hipotesis Penelitian ………... 39
BAB 4 METODE PENELITIAN ……….. 40
4.1 Jenis dan Desain Penelitian ………... 40
4.2 Lokasi dan Waktu Penelitian ………. 40
4.2.1 Lokasi Penelitian ……….. 40
4.2.2 Waktu Penelitian ………... 40
4.3 Populasi dan Sampel Penelitian ………... 40
4.3.1 Populasi Penelitian.………. 40
4.3.2 Sampel Penelitian... 40
x
4.4 Variabel dan Definisi Operasional ………. 42
4.4.1 Variabel Penelitian ………. 42
4.4.1.1 Variabel Bebas ………. 42
4.4.1.2 Variabel Terikat ………... 42
4.4.1.3 Variabel Terkendali ………. 42
4.4.1.4 Variabel Tidak Terkendali ………... 43
4.4.2 Identifikasi Variabel Penelitian ………. 44
4.4.3 Definisi Operasional ……….. 45
4.5 Alat dan Bahan Penelitian………... 47
4.5.1 Alat Penelitian …...………. 47
4.5.2 Bahan Penelitian ………. 47
4.6 Prosedur Penelitian………... 47
4.6.1 Langkah Pra-Pemrosesan ……… 50
4.6.2 Langkah Penyelesaian... 52
4.6.3 Langkah Setelah Pemrosesan... 54
4.7 Analisis Data...………...….. 54
BAB 5 HASIL PENELITIAN... 55
5.1 Total Deformation simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 59
5.2 Equivalent elastic strain simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 58
5.3 Equivalent stress simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 61
BAB 6 PEMBAHASAN...…... 65
6.1 Total Deformation simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 67
6.2 Equivalent elastic strain simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 70
5.2 Equivalent stress simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N terhadap lima model gigi 3D dengan desain ketinggian ferrule yang berbeda... 73
BAB 7 KESIMPULAN DAN SARAN…... 79
7.1 Kesimpulan………... 79
7.2 Saran...………... 79
DAFTAR PUSTAKA ……… 80
LAMPIRAN... 86
xii
Halaman Tabel 2.1 Sifat mekanis dan suhu dari bahan... 33 Tabel 4.1 Definisi operasional, cara mengukur, alat ukur, skala
dari variabel bebas ……….. 45
Tabel 4.2 Definisi operasional, cara mengukur, alat ukur, skala
dari variabel terikat ………. 46
Tabel 4.3. Sifat bahan-bahan yang digunakan dalam model FEA... 52 Tabel 5.1 Nilai total deformation simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N 57 Tabel 5.2 Nilai equivalent elastic strain simulasi pemberian beban 25N
dan 170N... 59 Tabel 5.3 Nilai equivalent stress simulasi pemberian beban 25 N dan 170 N.. 63
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skema Penyebab Fraktur pada Gigi Endodonti…... 11
Gambar 2.2 Skema kurva Tegangan-Regangan dengan Parameter Mekanik yang Berbeda ……... 13
Gambar 2.3 Skema yang menggambarkan klasifikasi monoblok endodontic... 15
Gambar 2.4 a) gambaran klinis ferrule, b) restorasi pasak dengan preparasi ferrule... 18
Gambar 2.5 Perbedaan tinggi ferrule... 20
Gambar 2.6 Tebal ferrule (McLean, 1998)... 22
Gambar 2.7 Perbedaan jumlah dinding dan lokasi ferrule... 24
Gambar 2.8 Sebuah Model Finite Elemen Analysis tiga dimensi gigi insisivus sentralis atas pasca perawatan endodonti dengan jaringan pendukungnya... 29
Gambar 2.9 Fase dari Finite Element Analysis... 30
Gambar 2.10 Proses scanning gigi... 33
Gambar 2.11 Contoh warna plot kontur FEM... 35 Gambar 2.12 Landasan teori pengaruh desain ferrule yang berbed terhadap
xiv
pasca perawatan endodonti... 36
Gambar 4.1 Gambar sampel model 3D... 48
Gambar 4.2 Lima model menunjukkan tinggi ferrule yang berbeda... 49
Gambar 4.3 Input engineering data... 49
Gambar 4.4 Meshing Model 3D dengan software ANSYS... 50
Gambar 4.5 Model menunjukkan daerah beban pada permukaan palatal dan tahanan pada permukaan eksternal akar... 51
Gambar 4.6 Sudut 135 ° ke sumbu panjang gigi mensimulasikan oklusi Kelas I (Dikbas I., et al)... 53
Gambar 4.7. parameter hasil... 53
Gambar 5.1 Plot kontur warna total deformation... 56
Gambar 5.2 Grafik total deformation simulasi pemberian beban 25 Newton dan 170 Newton... 58
Gambar 5.3 Plot kontur warna Eequivalent elastic strain... 59
Gambar 5.4 Grafik equivalent elastic strain simulasi pemberian beban 25Newton dan 170 Newton... 60
Gambar 5.5 Plot kontur warna equivalent stress simulasi beban 25 N... 62
Gambar 5.6 Plot kontur warna equivalent stress simulasi beban 170 N... 62
Gambar 5.7 Grafik equivalent stress simulasi pemberian beban 25 Newton dan 170 Newton... 64
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1. Alur Penelitian... ………... 86 2. Surat Persetujuan Komisi Etik ... 87 3. Surat Izin Penelitian di Laboratorium Pengaturan dan Pengukuran
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU ... 88 4. Surat Keterangan Telah Melakukan Penelitian di Laboratorium Pengaturan dan Pengukuran Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU... 89 5. Hasil Analisis FEA : Total Deformation Pemberian Beban 25 Newton... 90 6. Hasil Analisis FEA : Total Deformation Pemberian Beban 170 Newton... 92 7. Hasil Analisis FEA : Equivalent Elastic Strain Pemberian Beban 25 Newton 94 8. Hasil Analisis FEA : Equivalent Elastic Strain Pemberian Beban 170 Newton 96 9. Hasil Analisis FEA : Equivalent Stress Pemberian Beban 25 Newton ... 98 10. Hasil Analisis FEA : Equivalent Stress Pemberian Beban 170 Newton... 100
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perawatan saluran akar meliputi pembersihan jaringan nekrotik dan terinfeksi diikuti oleh obturasi yang baik untuk mencegah proliferasi mikroba lebih lanjut dalam sistem saluran. Potensi masuknya mikroba ke dalam sistem saluran akan menyebabkan kegagalan perawatan endodonti. Untuk itu pentingnya restorasi yang efektif pada gigi pasca perawatan endodonti (Eliyas et al., 2014). Restorasi gigi pasca perawatan endodonti yang efektif harus memenuhi syarat coronal seal yang baik, melindungi struktur gigi yang tersisa, mengembalikan fungsi dan estetis (Stankiewicz dan Wilson, 2002). Namun Restorasi gigi pasca perawatan endodonti sering menimbulkan tantangan karena gigi pasca perawatan endodonti pada umumnya memiliki struktur gigi lebih lemah dibandingkan gigi sehat, disebabkan kehilangan jaringan struktur baik pada daerah mahkota maupun akar gigi ( Kishen, 2006; Tay dan Pashley, 2007). Penyebab kehilangan struktur gigi biasanya karena adanya karies yang luas, fraktur ataupun terbuangnya jaringan gigi sewaktu pembukaan akses, pelebaran saluran akar dan kehilangan kelembaban dentin, mengakibatkan potensi fraktur gigi meningkat (Mancebo et al., 2010).
normal bisa didapat melalui restorasi intrakoronal atau mahkota penuh (Sorensen &
Martinoff 1984). Sehinnga jika sisa struktur jaringan gigi yang tersisa tidak dapat mendukung retensi dari protesa mahkota penuh, pasak dan inti dapat menggantikan struktur jaringan gigi yang hilang dan memberikan retensi untuk restorasi. Fungsi utama pasak adalah memberikan retensi intrakanal bagi restorasi inti/mahkota dan untuk mendistribusikan beban fungsional lebih luas ke daerah struktur mahkota gigi dan akar yang tertinggal, namun telah dinyatakan bahwa pasak tidak menguatkan akar (Guzy & Nicholls 1979). Sistem pasak yang ideal harus dapat menggantikan struktur gigi yang hilang, biokompatibel, memiliki modulus elastisitas yang menyerupai dentin, memiliki dukungan retensi yang cukup, mampu mendistribusikan tekanan oklusal pada saat aktivitas fungsional dan parafungsional sehingga dapat mencegah terjadinya fraktur gigi (Lamichhane et al., 2014).
Efek mekanik ferrule pada daerah servikal gingiva sebagai dudukan mahkota klinis adalah salah satu pendekatan untuk memperkuat gigi setelah restorasi pasak.
Ferrule terdiri dari bahu akhiran servikal dengan dinding paralel. Dalam beberapa tahun terakhir, ferrule digambarkan sebagai elemen kunci preparasi gigi saat menggunakan pasak dan inti. Preparasi ferrule diterima secara umum sebagai strategi restoratif dalam desain preparasi gigi pasca perawatan endodonti dengan pasak dan inti kemudian direstorasi dengan mahkota (Dikbas dkk, 2007). Menempatkan ferrule disekitar preparasi menciptakan 'efek ferrule' pelindung, yang diklaim untuk
perlawanan terhadap gaya pelepasan dan mencegah fraktur. Tinggi ferrule minimal 1- 2 mm yang diperlukan untuk mencapai efek perlindungan (Izadi et al., 2010). Ferrule juga dinyatakan dapat meningkatkan resistensi pada beban pengunyahan dinamis, menjaga integritas kerapatan semen untuk retensi mahkota penuh, dan mengurangi potensi konsentrasi stres di pertemuan pasak dan inti.
Pada kasus 2 mm ketinggian ferrule melingkar sulit untuk dicapai, seperti kasus kerusakan jaringan keras yang luas, menggunakan desain ferrule yang berbeda akan bermanfaat (Dikbas et al., 2007; Sherfudhin et al., 2011). Banyak penelitian telah menghubungkan desain ferrule dengan berbagai faktor seperti ketebalan dan distribusi dentin yang tersisa (Tjan dan Whang 1985), desain yang berbeda dari sekeliling servikal (Barkhordar et al., 1989, Sorensen dan Engelman 1990), tinggi dan konfigurasi ferrule (Sorensen & Engelman 1990, Libman dan Nicholls 1995, Isidor et al., 1999), desain dan material pasak (Saupe et al., 1996, Gegauff 2000), ketinggian ferrule diidentifikasi sebagai faktor penting untuk resistensi mekanis.
Beberapa penelitian telah dilakukan mengenai efek ferrule, banyak dari penelitian tersebut menemukan bahwa ferrule memperkuat gigi terhadap aktivitas fungsional, wedging dan tekanan lateral selama insersi pasak. Tinggi ferrule, sekitar 2 mm pada struktur gigi di atas bahu akhiran servikal sangat efektif, tetapi beberapa penelitian menunjukkan tidak ada pengaruh desain ferrule yang berbeda pada resistensi fraktur. Studi yang dilakukan oleh Al-Amro dan Wilson (2009), mengenai efek penempatan ferrule terhadap resistensi fraktur dari gigi bovine yang direstorasi
resistensi fraktur antara ferrule dan non ferrule gigi yang direstorasi dengan mahkota.
Lima et al (2010) melakukan penelitian tentang pengaruh preparasi ferrule dengan atau tanpa pasak glass fiber terhadap resistensi fraktur gigi pasca perawatan endodonti. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tidak ada interaksi yang signifikan antara preparasi ferrule dan faktor pasak. Disamping itu juga bahwa preparasi ferrule meningkatkan resistensi fraktur gigi pasca perawatan endodonti.
Sebuah studi in vitro yang dilakukan Sorensen & Engelman (1990), melaporkan bahwa desain tinggi ferrule yang berbeda berpengaruh terhadap fraktur resistensi gigi pasca endodonti. Sementara penelitian lain tidak menemukan efek ketinggian ferrule yang berbeda pada gigi yang direstorasi dengan pasak fiber dan inti resin (Sherfudhin et al., 2011).
Dikbas et al (2007), melakukan evaluasi desain ferrule yang berbeda terhadap resistensi fraktur pada gigi insisivus sentralis rahang atas pacsa perawatan endodonti dengan pasak fiber, inti resin komposit dan mahkota. Hal ini menunjukkan bahwa desain ferrule yang berbeda tidak berpengaruh pada resistensi fraktur gigi yang memiliki pasak fiber.
Selain itu untuk uji mekanis dekstrutif, seperti uji fraktur, penting untuk analisis biomekanik gigi dan bahan restorasi gigi, karena mampu meningkatkan pengetahuan mengenai sifat materi gigi jika diberi beban yang tinggi dilakukan
dengan menggunakan Universal Testing Machine. Namun, uji ini memiliki kapasitas terbatas untuk menjelaskan hubungan tegangan dan regangan (stress-strain relationships) pada restorasi gigi yang kompleks. Analisis biomekanik Finite element analysis (FEA) telah dikembangkan untuk memperoleh hasil yang lebih maksimal.
Selain mengurangi biaya penelitian juga mampu memperoleh informasi lebih seperti distribusi tegangan internal dibandingkan pada penelitian eksperimental.
Menurut Geng et al (2001) dan Henry (1977) cit. Yamamoto (2011), analisis FEA berguna untuk mempelajari distribusi tegangan yang berkaitan dengan pasak intraradikular. Metode ini mengevaluasi sifat mekanik dan membantu meneliti material baru untuk mengurangi risiko kegagalan dan fraktur pada bahan restorasi dan struktur gigi. FEA mampu menganalisis perubahan pola distribusi tegangan pada struktur gigi setelah penempatan pasak, inti, dan restorasi akhir. Roscoe et al (2013) melakukan penelitian mengenai pengaruh dari kehilangan tulang, jenis pasak, dan adanya ferrule terhadap sifat biomekanik gigi kaninus pasca endodonti dengan menggunakan FEA. Hasil analisis menunjukkan lokasi distribusi tegangan terpusat pada daerah lingual dan lokasi distribusi regangan terpusat pada daerah bukal dan proksimal. FEA dapat menganalisa distribusi tegangan pada gigi premolar dengan titik kontak yang berbeda (Borcis et al., 2007) dan menganalisa distribusi tegangan pada gigi pasca perawatan endodonti dengan berbagai pasak yang berbeda (Pegoretti et al,. 2002).
melakukan penelitian untuk menganalisis pengaruh tinggi ferrule pada ketahanan fraktur dari gigi pasca perawatan endodonti yang dianalisis menggunakan software Finite Element Analysis (FEA) dan untuk mengkorelasikan desain ferrule yang berbeda dengan distribusi tegangan dalam akar.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, dapat disusun tema sentral dari masalah penelitian ini yaitu:
1. Gigi pasca perawatan endodonti pada umumnya memiliki struktur gigi lebih lemah daripada gigi sehat.
2. Sistem pasak dan inti sudah digunakan sebagai restorasi pasca perawatan endodonti pada kasus kehilangan lebih dari setengah bagian korona gigi.
3. Fraktur akar merupakan salah satu kegagalan yang sering terjadi pada penggunaan pasak pasca perawatan endodonti.
4. Ferrule dapat meningkatkan resistensi pada beban pengunyahan dinamis, menjaga integritas kerapatan semen untuk retensi mahkota penuh, dan mengurangi potensi konsentrasi tegangan di pertemuan pasak dan inti.
5. Finite element analysis (FEA) telah dikembangkan untuk memperoleh hasil yang lebih maksimal untuk analisis biomekanik, mengurangi biaya penelitian juga mampu memperoleh informasi lebih seperti distribusi tekanan internal dibandingkan pada penelitian eksperimen.
Dari masalah penelitian tersebut, timbul pertanyaan :
1. Apakah ada pengaruh desain ketinggian ferrule yang berbeda terhadap ketahanan fraktur pada akar gigi pasca perawatan endodonti yang dikonstruksi oleh Finite Element Analysis (FEA)?
2. Apakah ada pengaruh desain ketinggian ferrule yang berbeda dengan distribusi tegangan dalam akar gigi pasca perawatan endodonti yang dikonstruksi oleh Finite Element Analysis (FEA)?
1.3 Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Untuk menganalisis pengaruh desain ketinggian ferrule yang berbeda terhadap ketahanan fraktur pada gigi pasca perawatan endodonti.
1.3.2. Tujuan Khusus
1. Menganalisis pengaruh desain ketinggian ferrule yang berbeda terhadap ketahanan fraktur pada gigi pasca perawatan endodonti dengan software Finite Element Analysis (FEA)
2. Menganalisis pengaruh desain ketinggian ferrule yang berbeda terhadap distribusi tegangan dalam akar pada gigi pasca perawatan endodonti dengan software Finite Element Analysis (FEA)
1.4.1 Manfaat ilmiah
Menambah wawasan dan pengetahuan di bidang kedokteran gigi mengenai preparasi desain ferrule dan simulasi Finite Element Analysis.
1.4.2 Manfaat klinis
Sebagai bahan pertimbangan dokter gigi dalam pemilihan desain ferrule dan penggunaan sistem pasak adhesif pada kasus gigi pasca perawatan endodonti dengan kehilangan jaringan mahkota yang luas.
1.4.3 Manfaat Praktis
1. Sebagai dasar dalam usaha meningkatkan kualitas pelayanan kesehatan gigi masyarakat terutamanya dalam bidang konservasi gigi.
2. Meningkatkan kualitas perawatan di bidang kedokteran gigi sehingga dapat dipertahankan gigi selama mungkin di rongga mulut.
TINJAUAN PUSTAKA
Beberapa penelitian klasik menyatakan bahwa dentin pada gigi pasca perawatan endodonti jauh berbeda dari dentin pada gigi dengan pulpa “vital”.
Diperkirakan bahwa dentin dari gigi pasca perawatan lebih rapuh karena kehilangan air dan hilangnya ikatan silang kolagen. Namun, penelitian yang lain membantah hal ini. Huang et al (1991) membandingkan sifat fisik dan mekanis spesimen dentin dari gigi dengan dan tanpa perawatan endodontik pada berbagai tingkat hidrasi. Mereka menyimpulkan bahwa baik dehidrasi maupun perawatan endodontik tidak menyebabkan degradasi sifat fisik atau mekanis dentin. Sedgley dan Messer menguji sifat biomekanis dari dentin pada 23 gigi pasca perawatan endodonti dengan rata-rata 10 tahun pasca perawatan. Mereka membandingkannya dengan gigi vital. Selain sedikit perbedaan dalam kekerasan, sifat-sifatnya juga sebanding. Penelitian ini tidak mendukung kesimpulan bahwa gigi yang dirawat endodontik lebih rapuh (Schwartz et al., 2004).
Penelitian lain lebih mendukung pendapat tentang kehilangan integritas struktur yang dihubungkan dengan preparasi akses, daripada perubahan pada dentin, yang mengarah pada fraktur yang lebih tinggi pada gigi pasca perawatan endodonti dibandingkan dengan gigi "vital". Preparasi akses menghasilkan peningkatan defleksi cuspal selama berfungsi dan meningkatkan kemungkinan fraktur cusp dan kebocoran mikro pada margin restorasi. Pada sebagian besar gigi pasca perawatan endodonti,
struktur gigi yang hilang yang disebabkan oleh karies atau restorasi yang ada.
Randow dan Glantz melaporkan bahwa gigi kehilangan mekanisme pertahanan ketika pulpa dikeluarkan, yang juga dapat berkontribusi pada fraktur gigi. Fennis et al.
meneliti lebih dari 46.000 pasien dari klaim asuransi dan melaporkan lebih banyak fraktur pada gigi pasca perawatan endodonti. Secara keseluruhan, penelitian- penelitian ini menunjukkan bahwa restorasi yang menambah integritas struktur diharapkan dapat meningkatkan prognosis gigi pasca perawatan endodonti yang terkena kekuatan pengunyahan yang besar (Schwartz et al., 2004).
2.1 Proses Fraktur Pasca Endodonti
Penyebab fraktur pada gigi pasca perawatan endodonti bersifat multifaktorial yang dapat diklasifikasikan sebagai iatrogenik dan non-iatrogenik. Mekanisme ketahanan fraktur pada gigi yang dirawat endodonti menurut Kishen (2006) dipengaruhi oleh (1) pertimbangan biomaterial subtrat dentin, (2) pertimbangan biomekanik gigi utuh dan gigi yang direstorasi dengan menggunakan pasak inti.
Faktor resiko yang mempengaruhi kecenderungan predileksi fraktur pada gigi endodonti dapat disebabkan oleh lima (5) faktor yaitu: (1) faktor kimia: efek bahan irigasi endodonti dan bahan intramedikamen pada dentin, (2) faktor mikroba: efek interaksi bakteri terhadap dentin, (3) faktor dentin: efek kehilangan struktur gigi, (4) faktor restorasi: efek pasak dan inti restorasi akhir dan (5) faktor usia: efek perubahan usia pada dentin.
Fraktur dilihat secara perspektif biomekanik adalah suatu proses yang sangat kompleks yang melibatkan pembentukan dan pertumbuhan retak (crack) mikro dan retak makro. Celah-celah mikroskopik dapat bertambah dari waktu ke waktu yang akhirnya mengakibatkan fraktur pada struktur gigi. Microcrack menyebabkan dilatasi dan peningkatan crack di daerah sekitar crack yang terjadi pada titik tegangan maksimal. Crack blunting menyebabkan tegangan pada ujung crack tidak terfokus.
Perluasan crack terjadi akibat penajaman ujung crack (resharping) yang memusatkan energi regangan, merupakan faktor penting mengawali terjadinya fraktur (Kruzie et al., 2004).
Gambar 2.1 Skema Penyebab Fraktur pada Gigi Endodonti (Kishen, 2006)
Pola distribusi tegangan pada gigi yang telah direstorasi dengan menggunakan pasak inti mahkota jelas berbeda dengan gigi yang masih utuh. Sistem pasak inti mahkota merupakan satu unit tunggal yang dapat melengkung dan meregang selama proses pengunyahan. Perbedaan pola regangan tersebut berbeda jika dibandingkan dengan gigi normal, yang dapat menyebabkan kehilangan tulang periodontal.
Perbedaan utama antara gigi utuh dan gigi yang direstorasi dengan pasak inti adalah (1) kejadian daerah konsentrasi tegangan dan (2) peningkatan tensile stress pada struktur jaringan yang tersisa. Tegangan tarik yang cukup tinggi menghasilkan deformasi mikroskopis plastis di ujung konsentrasi tegangan sehingga meningkatkan fraktur (Kishen, 2006).
Ketika sebuah material diberi suatu beban (stress) akan mengalami regangan (strain) tetapi bila beban dihilangkan material tersebut kembali ke bentuk semula maka hal ini dikatakan elatis. Elastisitas ini berada di daerah elastis, sebeblum titik luluh (yield point). Selama material masih berada di daerah elastis, jika beban dihilangkan maka material akan kembali ke bentuk semula. Selama proses deformasi berlangsung, material menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja.
Sebesar apapun gaya yang bekerja pada material, material akan mengalami perubahan bentuk dan dimensi.
Gambar 2.2 Skema kurva Tegangan-Regangan dengan Parameter Mekanik yang Berbeda (Kishen, 2006)
Perubahan bentuk secara fisik pada benda dibagi menjadi dua, yaitu deformasi plastis dan deformasi elastis. Awal pembebanan akan terjadi deformasi elastis sampai pada kondisi tertentu, sehingga material akan mengalami deformasi plastis.
Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. Jika beban tetap diberikan maka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang disebut dengan penguatan regangan (strain hardening) yang selanjutnya benda akan mengalami putus pada kekuatan patah.
2.2 Sistem Monoblok dalam Perawatan Endodonti
Perkembangan endodonti saat ini telah melibatkan penggunaan bahan adesif pada perawatan saluran akar. Teknik ini menciptakan suatu sistem monoblok di dalalm saluran akar yaitu suatu istilah yang secara harfiah berarti satu kesatuan.
Sistem monoblok mampu meningkatkan kualitas seal pada bagian koronal dan apikal sehingga memperkuat akar karena mampu mendistribusikan beban pengunyahan secara homogen dan mengurangi tekanan pada fungsi pengunyahan. Bahan monoblok harus memiliki kemampuan ikatan kuat dan saling menyatu satu sama lain, serta substrat monoblok berfungsi sebagai reinforced (penguat). Bahan monoblok juga harus memiliki modulus elastisitas yang mirip dengan dentin (Tay dan Pashley, 2007).
Monoblok saluran akar di klasifikasi sebagai monoblok primer hanya ada satu permukaan (interface) antara bahan pengisi saluran akar dengan dinding dentin.
Monoblok sekunder terdapat dua permukaan, satu antara pasak fiber/bahan pengisi saluran akar dengan semen/sealer saluran akar dan satu permukaan antara semen/sealer saluran akar dengan dinding dentin. Monoblok tertier tercipta ketika terdapat tiga permukaan dengan sebuah bondable coating pada permukaan fiber post/bahan pengisi saluran akar (Tay et al. 2007 dan Varna, 2010).
Gambar 2.3 Skema yang menggambarkan klasifikasi monoblok endodonti (Tay dan Pashley, 2007)
Pasak fiber prefabricated merupakan pasak buatan pabrik yang memiliki estetik lebih baik, dapat berikatan dengan dentin dan material inti serta mempunyai modulus elastisitas yang hampir sama dengan dentin, dapat mengabsorbsi tekanan sehingga melindungi akar dari fraktur dan lebih mudah dibongkar (repairable) jika diperlukan retreatment saluran akar. Pasak ini terdiri dari serat penguat continuis unindirectional (serat panjang dalam satu arah) dalam struktur cross linked polimer matriks yang tertinggi. Pasak fiberglass memiliki diameter 7-10 mm dengan serat yang biasa digunakan carbon, glass, quartz, silikon. Semua pasak tersebut memiliki keuntungan yang sama namun pasak fiber karbon memiliki estetik yang kurang baik.
Sebagian besar pasak fiber relatif radiolusen dan memiliki perbedaan gambaran radiografi dibanding dengan pasak metal (Schwratz, 2004). Modulus elastisitas pasak
fiber rendah (17.5-21.6 Gpa), hampir mendekati modulus elastisitas dentin (14.0-18.6 GPa) sehingga dapat meningkatkan resistensi fraktur akar (Tay, 2007).
Ikatan pasak fiber-reinforced di dinding dentin saluran akar secara in vivo dengan uji Scanning Elektron Mikroskopis (SEM) menunjukkan dengan jelas pembentukan lapisan hibrid, tag resin dan sebuah ikatan adesif lateral (Pontius dkk, 2002). Ikatan adhesi memberi retensi lebih yang akan meningkatkan distribusi tegangan sehingga meningkatkan ketahanan fraktur gigi (Torabi et al. 2009).
Perlekatan ini meminimalkan efek wedging pasak di dalam saluran akar, memerlukan lebih sedikit pengangkatan dentin, pasak lebih pendek dan lebih tipis sehingga mampu menurunkan kecenderungan fraktur.
Kekuatan fisik pasak fiber-reinforced secara signifikan lebih lemah dibandingkan dengan pasak metal. Pasak metal merupakan logam yang sangat kaku sehingga akan mentransfer kekuatan lateral secara langsung ke dentin kurang kaku sehingga lebih muda terjadi fraktur akar. Kishen dkk, (2004) cit. Kumari (2011) mengatakan bahwa inner dentin saluran akar kurang mineralisasi dan memiliki lebih banyak kolagen. Inner dentin berperan penting untuk menjaga ketangguhan atau ketahanan fraktur pada struktur gigi. Pembuangan dentin yang tidak semestinya akan membahayakan ketangguhan struktur dentin, yang akan mempengaruhi gigi tersebut sehingga terjadi fraktur.
2.3 Ferrule
Ferrule adalah cincin atau tutup logam yang dimaksudkan untuk memperkuat.
Kata itu berasal dari penggabungan kata dalam bahasa Latin dari besi (ferrum) dan gelang (viriola) (Stankiewicz dan Wilson., 2002). “Ferrule efek” adalah didefinisikan sebagai kerah logam 3600 (atau keramik) dari mahkota mengelilingi dinding paralel dentin memanjang dari koronal ke bahu preparasi. Secara klinis ferrule gigi adalah struktur gigi yang meluas 1,5-2,0 mm dalam arah oklusal dan akan mengeliling dari permukaan intaglio mahkota atau margin ferrule. Dibandingkan dengan bahan pasak, inti, semen, atau ikatan resin, ferrule secara substansial menambah resistensi gigi.
Ferrule dapat menahan fraktur pada daerah margin ferrule, dan juga mengurangi gaya yang diberikan pasak pada akar setelah mahkota ditempatkan ke gigi. Ferrule yang adekuat diperlukan untuk keberhasilan restorasi pasak. Beberapa penelitian melaporkan peningkatan dalam resistensi terhadap fraktur pada gigi pasca perawatan endodonti ketika ferrule digunakan bersamaan dengan pasak.
Gambar 2.4 a) gambaran klinis ferrule (Jotkowitz et al. 2010), b) restorasi pasak dengan preparasi ferrule (Pérez et al., 2007)
Ferrule dapat mengurangi insidensi fraktur secara signifikan pada gigi yang non-vital dengan memperkuat gigi pada permukaan eksternalnya dan mendistribusi ulang gaya yang diaplikasikan, yang berkonsentrasi pada titik paling sempit disekitar sirkumferensial gigi. Sebagai tambahan, ferrule juga dapat membantu mempertahankan integritas segel semen dari mahkota (Mamoun, 2014).
Berbagai desain ferrule yang berbeda telah disarankan, saat ini terdapat beberapa penelitian yang mendukung satu desain daripada desain lain. Kebanyakan artikel membahas tinggi ferrule, karakteristik desain lain seperti ketebalan dentin, lokasi dinding dentin yang tersisa, dan beban restorasi yang harus ditahan tidak dipertimbangkan. Pasak sering digunakan sebagai retensi bahan inti dalam gigi yang telah mengalami kehilangan struktur koronal gigi yang luas. Namun, penggunaan pasak dapat meningkatkan fraktur akar karena tegangan yang berlebih selama insersi
atau karena pergerakan lateral dari pasak dalam akar, yang kemudian secara ironis meningkatkan risiko fraktur akar dan kegagalan perawatan. Oleh karena itu, penggunaan desain ferrule yang tepat sangat penting dalam gigi yang direstorasi dengan pasak dan inti (Jotkowitz et al., 2010).
2.3.1 Tinggi ferrule
Kebanyakan literatur menyajikan pentingnya memiliki tinggi dentin yang cukup untuk dipeluk oleh mahkota. Ferrule dengan ketinggian vertikal 1 mm dinyatakan dapat menggandakan resistensi terhadap fraktur dibandingkan dengan gigi tanpa ferrule, dan merupakan tinggi ferrule minimal yang dapat diterima. Penelitian lain telah menunjukkan keuntungan maksimum yang dapat dicapai dengan memiliki struktur gigi vertikal 1,5-2 mm. Beberapa peneliti menyarankan bahwa mahkota harus diperluas setidaknya sampai 2 mm dibawah batas inti gigi untuk meyakinkan efek protektif ferrule, atau bahkan jika tingginya 3 mm, maka akan memberikan efek resistensi terhadap fraktur. Terlihat jelas bahwa semakin besar tinggi struktur gigi yang tersisa diatas margin preparasi, semakin baik resistensi terhadap fraktur (Stankiewicz et al. 2002, Jotkowitz et al., 2010 dan Trushkowsky, 2014).
Gambar 2.5 Perbedaan tinggi ferrule (Sherfudhin et al., 2011)
Sorensen dan Engelman melakukan penelitian mengenai pengaruh tinggi ferrule terhadap resistensi kegagalan awal. Peneliti menjelaskan bahwa kegagalan awal sebagai penyebaran crack pada atau disekitar semen luting mahkota. Dua puluh lima gigi insisivus sentralis maksila yang telah diekstraksi dibagi kedalam lima kelompok; sebuah kelompok kontrol dan empat kelompok uji. Kelompok uji masing- masing memiliki panjang ferrule 0,5, 1, 1,5, dan 2 mm. Gigi dipreparasi dengan margin shoulder dengan lebar 1 mm. Gigi yang diuji memiliki pasak dan inti yang telah disementasi dan kelompok kontrol tidak memiliki pasak dan inti. Semua gigi direstorasi dengan mahkota tuang. Gigi diberikan beban siklik sampai kegagalan awal terdeteksi, menggunakan pengukur regangan. Kelompok kontrol dan gigi dengan ferrule 1,5 dan 2 mm ditemukan memiliki resistensi terhadap kegagalan awal yang lebih baik daripada gigi dengan ferrule 0,5 dan 1 mm. Penulis menyimpulkan bahwa tinggi ferrule minimal harus setidaknya 1,5 mm ketika merestorasi gigi insisivus sentralis maksila dengan mahkota pasak dan inti (Sorensen et al. 1990).
Libman & Nicholls memberikan perhatian khusus terhadap kekurangan beberapa metode pengujian in vitro. Penggunaan beban siklik dalam penelitian mereka adalah berdasarkan alasan bahwa kegagalan dalam kompleks dental berkaitan dengan pengurangan beban fatigue daripada beban yang menginduksi fraktur tunggal.
Selanjutnya, tinggi ferrule dalam penelitian ini konstan disekitar sirkumferensial gigi, yang mungkin berbeda dari situasi klinis dimana garis akhir mengikuti morfologi gingiva interproksimal. Penelitian yang dilakukan oleh Libman & Nicholls didasarkan pada parameter yang kaku. Penelitian mereka menggunakan pasak yang pendek (panjang 8 mm) dan sempit (diameter 1,25 mm) dan tidak terdapat simulasi dukungan periodontal. Temuan mereka tentang tinggi ferrule minimum yang efektif yaitu 1,5 mm mungkin bukan merupakan kasus klinis (Stankiewicz et al. 2002).
2.3.2 Lebar ferrule
Restotasi yang estetis sering memerlukan preparasi yang cukup agresif pada margin gingiva dan kadang-kadang defek bukal seperti abfraksi dapat merusak dinding dentin bukal. Umumnya, dinding dianggap terlalu tipis jika memiliki ketebalan kurang dari 1 mm, dan akan menghilangkan efek ferrule. Oleh karena itu, crown lengthening pada gigi dengan akar konus dapat menambah tinggi dentin namun lebar dentin pada bagian margin mungkin tidak adekuat (Stankiewicz et al.
2002, Jotkowitz et al. 2010 dan Trushkowsky, 2014).
Gambar 2.6 Tebal ferrule (McLean, 1998)
Tjan dan Whang (1985) meneliti empat kelompok dengan ketebalan yang bervariasi: 1 mm, 1 mm dengan bevel 60o, 2 mm, dan 3 mm dari dentin bukal yang tersisa. Tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara semua kelompok selain bahwa dua kelompok dengan ketebalan dentin 1 mm lebih cenderung untuk gagal karena fraktur daripada kegagalan sementasi. Sorenson dan Engleman (1990) tampaknya mengabaikan pentingnya ketebalan dentin. Namun, penelitian mereka meneliti tentang ketebalan dentin pada margin ketika menggunakan berbagai desain ferrule kontra-bevel, daripada ketebalan perluasan koronal dentin. Ketebalan perluasan koronal diatas margin mahkota dianggap signifikan dalam ketahanan terhadap fraktur dari gigi yang direstorasi dengan mahkota.
Penelitian laboratoris oleh Gegauff (2000) meneliti apakah crown lengthening
mencapai tinggi ferrule yang dapat diterima akan meningkatkan resistensi terhadap fraktur. Gegauff menyimpulkan bahwa prosedur ini tidak meningkatkan resistensi terhadap fraktur dari gigi-gigi ini. Pertanyaan kemudian dibuat oleh Hinkfuss dan Wilson, apakah alasan ferrule tidak terbukti efektif pada penelitian ini adalah karena gigi yang digunakan dalam penelitian Gegauff adalah gigi premolar mandibula. Gigi ini memiliki akar konikal, oleh karena itu, dengan prosedur crown lengthening, maka akan menyebabkan peningkatan dalam tinggi dentin dan pengurangan lebar dentin pada margin tidak dapat dihindari setelah gigi dipreparasi untuk membuat margin yang baru. Hal ini yang mungkin menyebabkan buruknya hasil resistensi terhadap fraktur dari gigi tersebut.
Pada penelitian yang dilakukan Hinkfuss dan Wilson (2008), peningkatan resistensi terhadap fraktur dicapai dengan pembuatan ferrule 2 mm pada gigi molar dengan jumlah dentin yang tersisa tebal (2,4 mm). Ketebalan dentin aksial setelah preparasi mahkota dianggap memiliki peran yang lebih penting daripada yang diperkirakan sebelumnya. Mereka menyimpulkan bahwa penelitian lebih lanjut diperlukan mengenai efek ketebalan dentin yang tersisi pada gigi yang telah dirawat endodonti yang direstorasi dengan mahkota.
2.3.3 Jumlah dinding dan lokasi ferrule
Aspek lain yang harus dipikirkan kembali adalah anggapan bahwa seluruh ferrule yang mengelilingi gigi diperlukan pada semua kasus. Hal ini memiliki signifikansi klinis yang substansial. Karies sering mengenai beberapa dinding
(utamanya dinding proksimal), namun tidak pada dinding lain, dan erosi serta abrasi lebih umum mengenai dinding bukal. Demikian juga, preparasi gigi yang bertujuan mencapai estetis maksimum dapat menyebabkan sisa dinding bukal yang tersisa terlalu rendah atau terlalu tipis. Dalam masing-masing contoh, ferrule yang dibuat adalah ferrule parsial untuk mempertahankan struktur gigi yang tersisa pada preparasi mahkota (Jotkowitz et al. 2010 dan Trushkowsky, 2014).
Gambar 2.7 Perbedaan jumlah dinding dan lokasi ferrule (Izadi et al., 2010).
Konsep ferrule parsial tidak boleh dikesampingkan. Literatur menunjukan bahwa ferrule yang tidak seragam masih lebih unggul daripada tidak ada ferrule sama sekali (Jotkowitz et al. 2010). Al-Wahadni et al (2002) melihat keberadaan ferrule parsial pada gigi anterior. Mereka membandingkan tidak ada ferrule sampai ferrule dengan ketinggian 3 mm atau lebih pada permukaan bukal saja. Mereka
mm, namun tidak ada dinding dentin lainnya memiliki resistensi terhadap fraktur yang secara signifikan lebih besar daripada kontrol. Tinggi lebih dari 3 mm tidak menghasilkan peningkatan yang signifikan secara statistik.
Ng et al., (2006) meneliti scenario klinis umum dengan hanya ferrule parsial yang ada karena kerusakan akibat proses karies. Mereka menyarankan bahwa lokasi struktur gigi yang sehat untuk menahan beban oklusal lebih penting daripada memiliki dinding dentin aksial sirkumferensial 360o. Mereka membuat sebuah replikasi in vitro dari gigi insisivus maksila. Hasilnya menunjukkan bahwa hanya dengan memiliki ferrule palatal yang baik memiliki efektifitas yang sama dengan memiliki ferrule penuh, karena struktur gigi ini akan menahan gaya yang diaplikasikan ketika berfungsi ke permukaan palatal insisivus maksila. Dengan kata lain, insisivus maksila yang hanya kehilangan dinding palatal namun memiliki tiga dinding lain yang menguntungkan menunjukkan ketahanan resistensi fraktur yang buruk dan memiliki risiko yang lebih besar terhadap kegagalan daripada beberapa kondisi dengan sedikit dinding yang tersisa, sebagai contoh ketika kedua dinding mesial dan distal hilang. Hal ini dikarenakan bahwa ketika dinding palatal hilang, beban non-aksial dari sisi palatal pada mahkota anterior maksila berhadapan dengan batas pasak/inti/akar. Ketika terdapat dinding palatal, dinding inilah yang menahan beban tersebut (Jotkowitz et al. 2010 dan Trushkowsky, 2014).
Hasil alternatif, penelitian yang dilakukan oleh Arunpraditkal et al., (2009) menghilangkan hubungan antara dinding yang hilang, ketika hanya satu dinding yang hilang maka ferrule akan adekuat. Penelitian mereka menunjukkan bahwa walaupun
tidak adanya dinding bukal menunjukkan rata-rata kegagalan beban yang buruk, hasil ini tidak signifikan secara statistik. Namun, harus dicatat bahwa walaupun penelitian mereka tidak menunjukkan pentingnya lokasi dinding tunggal yang hilang pada gigi premolar dua mandibula, penelitian ini menggunakan beban statis dari arah bukal yang tidak secara akurat mewakili kondisi klinis – baik dalam arah beban atau sifat beban. Mereka mengakui bahwa arah beban dapat menjadi titik penting dan menggunakan model termosiklik/fatigue mungkin lebih akurat dalam menggambarkan kondisi klinis/fungsional. Jika hal ini dilakukan, dinding koronal bukal yang hilang mungkin memiliki hasil yang lebih signifikan daripada hasil yang ditunjukkan mereka. Selain itu, terdapat juga bukti yang menunjukkan bahwa ferrule parsial walaupun tidak ideal seperti ferrule penuh 360o, ferrule 2 mm masih memiliki nilai dalam meningkatkan resistensi terhadap fraktur (Jotkowitz et al. 2010 dan Arunpraditkul et al. 2009).
2.4 Finite Element Analysis
Finite Element Analysis (FEA) atau Finite Element Model (FEM) berawal dari kebutuhan untuk menyelesaikan elastisitas kompleks dan masalah analisis struktural dalam teknik sipil dan aeronautika. R. Courant adalah peneliti pertama yang mengembangkan teknik ini. Tujuan utamanya adalah untuk meminimalkan berbagai prosedur perhitungan untuk mendapatkan solusi absolut untuk sistem bio-mekanis.
Dia menggunakan metode ritz untuk menyelesaikan persamaan numerik tersebut.
Kemudian Turner et al. mencoba untuk menggambarkan metode ini dengan mengembangkan definisi yang lebih luas dari analisis numerik ini. Weinstein pada tahun 1976 menggunakan teknik ini dalam kedokteran gigi implan untuk mengevaluasi berbagai beban oklusi pada implan dan tulang sekitarnya. Sejak itu evolusi teknik ini telah diamati dalam skala yang sangat cepat dan canggih di komputer mikro serta analisis sistem struktural skala besar.
Adapun keuntungan dari penggunaan FEA adalah
1) FEM dapat diterapkan untuk interaksi struktural linier dan non-linier serta padat dan cair.
2) Setiap masalah dapat dipecah menjadi sejumlah kecil Masalah.
3) Ini adalah teknik non-invasif.
4) Dengan menggunakan FEA, Sangat mudah untuk mensimulasikan kondisi biologis apa pun di tahap pra, intra dan pasca perlakuan untuk mencapai hasil yang lebih akurat dan dapat diandalkan.
5) Reproduksibilitas tidak mempengaruhi sifat fisik yang terlibat.
6) Teknik FEA dapat menggantikan model stereo litograf untuk perencanaan pra-bedah, sehingga memberikan solusi ekonomis untuk hal yang sama.
7) Analisis statis dan dinamis dapat dilakukan.
8) Teknik ini lebih sedikit memakan waktu, sehingga studi rumit yang akan memakan waktu sangat lama untuk diselesaikan sekarang dapat dievaluasi dalam kerangka waktu yang lebih rendah.
9) Tidak membutuhkan instrumentasi yang luas.
10) Studi dapat diulang sebanyak yang diinginkan operator.
Selain itu FEA memiliki kekurangan yaitu :
1) Data, informasi, dan interpretasi yang tidak akurat akan menghasilkan hasil yang sepenuhnya keliru.
2) Membuat model struktur manusia sangat sulit karena anatomi yang kompleks dan kurangnya pengetahuan lengkap tentang perilaku mekanisnya. Asumsi tertentu pasti akan diterima. Karenanya hasil akan tergantung pada personal yang terlibat dalam proses.
3) Kemajuan dalam FEA akan terbatas sampai sifat fisik yang lebih baik untuk enamel, dentin dan ligamen periodontal, tulang cancellous dan kortikal tersedia.
4) Gigi diperlakukan seperti disematkan ke tulang pendukung, yang dianggap kaku dan node yang menghubungkan gigi ke tulang dianggap tetap. Asumsi ini akan menimbulkan beberapa kesalahan.
Uji mekanis dekstruktif seperti uji fraktur penting untuk analisis biomekanik gigi dan bahan restorasi gigi, karena meningkatkan pemahaman tentang perilaku gigi di situasi beban yang tinggi. Namun, uji ini memiliki kapasitas terbatas untuk memperjelas hubungan tegangan dan regangan (stress-strain relationships) pada restorasi gigi yang kompleks. Penggunaan uji non destruktif, seperti analisis FEM lebih cocok untuk memahami karakteristik kegagalan prosedur restoratif (Adiguzel et al., 2011). Sebuah model finite elemen analisis tiga dimensi yang dibuat dapat
dapat berisi simulasi ligamen periodontal (PDL) dan struktur tulang alveolar. Saluran akar dapat diasumsikan telah dibentuk untuk insersi pasak fiber yang telah tersedia.
Gambar 2.8 Sebuah Model Finite Elemen Analysis tiga dimensi gigi insisivus sentralis atas pasca perawatan endodonti dengan jaringan pendukungnya (Filho, 2013).
Menurut Geng et al, (2001) dan Henry (1977) cit. Yamamoto (2011), analisis FEM berguna untuk mempelajari distribusi tekanan yang berkaitan dengan pasak intraradikular. Metode ini mengevaluasi sifat mekanik dan membantu meneliti material baru untuk mengurangi risiko kegagalan dan fraktur pada bahan restoratif material dan struktur gigi. Cohen dkk, (1999) cit. Yamamoto (2011) membandingkan retensi dan pola tekanan foto elastik vertikal dan miring dari dua pasak sistem prefebrikasi sedangkan Lewgoy et al, (2003) menggunakan FEM untuk membandingkan pasak prefabricated stainless steel atau pasak titanium fleksi dan sistem fleksi flange.
FEM merupakan suatu proses yang tidak memakan waktu dibandingkan dengan penelitian eksperimen sehingga bisa meminimalkan persyaratan pengujian di
laboratorium. Untuk beberapa aplikasi, analisis FEM dapat memberikan solusi cepat, misalnya untuk pengujian beberapa parameter, yang lebih mudah dikerjakan daripada di laboratorium eksperimen. Namun kompleksitas bentuk, sifat, struktur gigi, dan pemodelan yang komprehensif juga menjadi sangat kompleks dan memakan waktu.
Analisis FEM harus di kombinasi dengan metode eksperimen, bukan sebagai pengganti karena FEM dapat memberikan informasi yang sangat sulit atau informasi yang tidak diperoleh dari pengamatan eksperimen (Soares et al, 2012).
2.4.1 Proses Finite Element Analysis
Proses finite element analysis dapat dibagi menjadi tiga fase yaitu (1) Pre- processing phase, (2) Solution phase dan (3) Post-processing phase
Gambar 2.9 Fase dari Finite Element Analysis (Mohammed dan Desai., 2014)
2.4.1.1 Langkah Pra-Pemrosesan
Dalam Fase ini ditentukan jenis elemen yang biasanya berbanding lurus dengan keakuratan model. Mendefinisikan sifat dari bahan yang diberikan, sifat fisik ditetapkan untuk bahan yang dipilih. Young’s modulus dan poison’s ratio adalah sifat fisik minimal yang harus ditetapkan. Sifat ini akan menentukan perilaku bahan setelah aplikasi beban tertentu (Mohammed dan Desai., 2014).
Pembuatan model dilakukan dalam fase ini menggunakan alat CT scan 3-D dan laser scan 3-D untuk mendapatkan model tiga dimensi. Untuk struktur vital, pemindai 3-D adalah metode yang lebih disukai sedangkan untuk struktur non-vital pemindaian laser 3-D digunakan. Perangkat lunak yang paling populer digunakan adalah Solid Work. Rekonstruksi permukaan tiga dimensi yang dibuat dari CT scan digunakan sebagai template untuk model elemen hingga tiga dimensi. Rekonstruksi permukaan tiga dimensi awal biasanya cukup kasar dan memerlukan pengeditan yang signifikan sebelum dapat diimpor ke software Finite Element (FE) dan berhasil disatukan sebagai finite element model (Shrikar dan Harshada, 2012).
Mengedit gambar tiga dimensi adalah langkah paling intensif dalam membangun model FE dari struktur biologis. Tujuan akhir dari pemrosesan gambar tiga dimensi adalah untuk menghasilkan model yang dapat diimpor ke dalam software FE. Aspek yang paling penting dari proses penyederhanaan gambar tiga dimensi melibatkan perataan dan penghapusan detail di area tertentu dari model.
Representasi permukaan dimensi terdiri dari poligon yang terhubung dan sering disebut sebagai 'model poligon'. Semakin banyak poligon yang dikandung model,
semakin besar ketelitiannya pada objek yang diwakilinya dan semakin besar ukurannya. Pemrosesan gambar adalah aspek yang paling padat karya melakukan analisis FE dari struktur biologis (Shrikar dan Harshada, 2012).
FEM menggunakan sistem kompleks titik (node) dan elemen, yang membuat grid disebut sebagai mesh. Tema dasar FEA adalah membuat perhitungan hanya pada jumlah titik yang terbatas dan kemudian menginterpolasi hasil untuk seluruh domain (permukaan atau volume). Setiap objek memiliki derajat kebebasan tanpa batas dan tidak mungkin menyelesaikan masalah dalam format ini. FEA mengurangi derajat kebebasan dari tak terbatas hingga terbatas dengan bantuan diskritisasi yaitu penyatuan. Dengan bertambahnya jumlah elemen, model finite element akan menjadi lebih akurat. Membuat lebih banyak elemen adalah prosedur yang memakan waktu, Jadi untuk meningkatkan akurasi dalam waktu yang lebih sedikit daerah yang diinginkan dimodelkan dengan lebih banyak elemen daripada area lainnya. Bentuk elemen analisis tiga dimensi adalah tetra, penta, hex dan piramida (Shrikar dan Harshada, 2012).
Tabel 2.1 Sifat mekanis dan suhu dari bahan (Adigüzel, 2011)
Gambar 2.10 Proses scanning gigi (Stetiu, 2015)
2.4.1.2 Langkah Penyelesaian
Kondisi batas ditentukan dalam fase ini. Kondisi batas berarti bahwa seandainya sebuah elemen dikonstruksi di komputer dan sebuah gaya diterapkan padanya, ia akan bertindak seperti benda kaku yang mengambang bebas dan akan menjalani gerakan translasi atau rotasi atau kombinasi keduanya tanpa mengalami deformasi. Untuk mempelajari deformasi, beberapa derajat kebebasan harus dibatasi (pergerakan node di setiap arah x, y, dan z) untuk beberapa node. Batasan seperti itu disebut kondisi batas (Mohammed dan Desai., 2014).
Studi kekuatan gigitan mengungkapkan bahwa besarnya gaya bervariasi dari satu area mulut ke area lainnya. Pengukuran gaya telah dilakukan untuk menilai kekuatan yang dibutuhkan untuk pengunyahan dan kekuatan gigitan maksimum.
Sebagian besar kekuatan gigitan diproduksi oleh masseter, yang dapat mengangkat dan mendorong mandibula. Variasi kekuatan gigitan pada setiap orang berkaitan dengan jenis kelamin, ukuran otot dan tonisitas, kebiasaan parafungsional, usia dan tingkat edentulisme. Kekuatan gigitan pada wilayah gigi premolar, nilai yang dilaporkan berkisar antara 40-600 N. Kekuatan rata-rata di wilayah gigi molar dewasa muda berkisar antara 50-400 N. Selanjutnya kekuatan gigitan pada wilayah insisivus berkisar 25 N hingga 170 N diukur di daerah insisal (Moeen, 2014).
2.4.1.2 Langkah Setelah Pemrosesan
Pada fase ini termasuk hasil output yang diperoleh melalui fase pemrosesan.
a) Luaran grafis
Luaran grafis biasanya lebih informatif dalam bentuk Tegangan Von Mises.
Tegangan Von Mises stres adalah formula untuk menghitung apakah kombinasi stres pada titik tertentu akan menyebabkan kegagalan. Kriteria Tegangan Von Mises adalah formula untuk menggabungkan tiga tekanan utama ke dalam tekanan yang setara, yang kemudian dibandingkan dengan tegangan luluh (yield stress). Yield stress adalah sifat yang diketahui dari failure stress. Jika Tegangan Von Mises melebihi Yield stress, maka bahan dianggap berada pada kondisi gagal. Teori Tegangan Von Mises digunakan untuk mengevaluasi tegangan pada kondisi statis dan dinamis.
Bentuk luaran utamanya dalam bentuk plot kode warna. Analisis kuantitatif ditentukan dengan menafsirkan plot ini. Warna pelangi yang disediakan oleh plot kontur memungkinkan para peneliti untuk mengidentifikasi distribusi beban, daerah tegangan maksimal, deformasi yang berlebihan dan karakteristik tentang struktur suatu bahan. Warna merah merupakan titik maksimum sedangkan warna biru merupakan titik minimum (Mohammed dan Desai., 2014).
Gambar 2.11 Contoh warna plot kontur FEM (Ichim et al., 2006).
b) Luaran numerik
Jenis luaran ini menampilkan prinsip jumlah tegangan / regangan di dalam bahan yang diberikan.
c) Luaran animasi
Dengan cara luaran seperti itu, hasilnya ditampilkan sebagai animasi untuk visualisasi yang lebih baik.
2. 5 Kerangka Teori
Gambar 2.10 Landasan teori pengaruh desain ferrule yang berbeda terhadap ketahanan fraktur dan distribusi tegangan pada akar gigi pasca perawatan endodonti
Gigi Pasca Perawatan endodonti direstorasi dengan pasak prefebricated, inti dan mahkota keramik
Fraktur pasca perawatan endodonti
Desain Ferrule
Tinggi ferrule
Lebar ferrule
Jumlah
dinding dan lokasi ferrule
Ketahanan Fraktur dan distribusi tegangan dalam bentuk Von mises pada dentin akar gigi pasca perawatan endodonti dan restorasi pasak inti dan mahkota
pre-processing phase
Menentukan jenis elemen
Menentukan sifat mekanis
Pembuatan model
Pembuatan mesh
Solution phase
Post processing phase
Finite Element Analysis
(FEA)
Output grafis
Output numerik
Output animasi
3.1 Kerangka Konsep
Penelitian ini menganalisis pengaruh desain ferrule yang berbeda terhadap ketahanan fraktur dan distribusi tegangan pada gigi pasca perawatan endodonti melalui uji simulasi menggunakan finite element analysis (FEA)
Variabel Bebas
a. Preparasi ferrule 0 mm diatas CEJ b. Preparasi ferrule 0,5 mm diatas CEJ c. Preparasi ferrule 1,0 mm diatas CEJ d. Preparasi ferrule 1,5 mm diatas CEJ e. Preparasi ferrule 2,0 mm diatas CEJ
Variabel Terikat
Ketahanan Fraktur dan distribusi tegangan dalam bentuk Total deformation, Von mises equivalent stress, Von mises equivalent elastic strain pada dentin akar gigi pasca perawatan endodonti dan restorasi pasak inti dan mahkota.
Pemberian Tekanan 25N
Pemberian Tekanan 170N
3.2 Hipotesis Penelitian
Dari uraian di atas dapat dibuat hipotesis yaitu :
1. Ada perbedaan ketahanan fraktur jika gigi pasca perawatan endodonti direstorasi dengan pasak inti dan mahkota diberikan preparasi desain ketinggian ferrule yang berbeda dengan ketinggian 0 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, dan 2 mm yang dikonstruksi oleh Finite Element Analysis (FEA).
2. Ada perbedaan distribusi tegangan dalam akar gigi pasca perawatan endodonti direstorasi dengan pasak inti dan mahkota diberikan preparasi desain ketinggian ferrule yang berbeda dengan ketinggian 0 mm, 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, dan 2 mm yang dikonstruksi oleh Finite Element Analysis (FEA).
