Avaliação da potência de fotopolimerizadores à LED

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1 Trabalho original Avaliação da potência de fotopolimerizadores à LED utilizados em consultórios ORTOPESQUISA Power density evaluation of LED used in dental offices or clinics Afonso Eugênio Wunderlich Junior* Danilo Furquim Siqueira** Marco Antonio Scanavini*** Lylian Kazumi Kanashiro**** RESUMO A colagem em Ortodontia com adesivos fotopolimerizáveis requer o uso de fotopolimerizadores cuja intensidade mínima de potência deve estar entre 300 mw/cm² e 400 mw/cm². Dentre as fontes de luz, os LEDs azuis têm sido utilizados nos novos equipamentos comercialmente disponíveis, mas há poucos estudos em relação a isto. Este estudo foi realizado para avaliar a densidade de potência em mw/cm² de fotopolimerizadores à LED utilizados em consultórios ou clínicas odontológicas. Foram realizadas cinco medições com intervalos de 30s com um radiômetro LED digital (SDI, Austrália) da densidade de potência de 94 fotopolimerizadores com LEDs utilizados em consultórios e clínicas odontológicas. Após os registros em mw/cm², realizou-se a estatística descritiva e a verificação da correlação do ano/potência do aparelho. O estudo concluiu que as médias das medições dos equipamentos em uso variaram de 0 (nenhum valor) a mw/cm². Verificou-se que 65% dos aparelhos tinha menos de 300 mw/cm 2, portanto, inadequados para o uso; e três destes apresentaram valor zero de leitura no radiômetro digital. A análise de regressão exponencial mostrou haver uma correlação estatisticamente significante entre o ano do aparelho e sua potência. Obteve-se R2 = 0,16 e p<0,001. O tipo de ponteira mais utilizado foi a de polímero de policarbonato, presente em 90% dos equipamentos com potências abaixo de 300 mw/cm 2. Unitermos - Braquetes; Colagem dentária; Resinas compostas. ABSTRACT Bonding in Orthodontics with photoactivated adhesives needs the use of light-curing units (LCU) which minimal power intensity should be between 300 mw/cm² and 400 mw/cm². Among the light sources, blue LEDs have been used in new equipments, but there are few studies about it. Objective: This study was accomplished to evaluate the power density in mw/cm² of LED LCUs, used in dental offices or clinics. Material and method: Five measurements of power density were accomplished with intervals of 30s with a digital LED radiometer (SDI, Australia) of 94 LED LCUs used in dental offices or clinics. After measurements in mw/cm², descriptive statistics was realized and the correlation of the year/intensity output of the equipment was verified. Measurement averages of the equipments in use varied from 0 (any value) to mw/cm². It was verified that 65% of the equipments had less than 300 mw/cm², therefore inadequate for use. And three of these presented zero value reading. Exponential regression analysis showed a significant statistical correlation between equipment s year and its intensity. It was obtained R2 = 0,16 and p < 0,001. Polycarbonate polymer was the most used tip, present in 90% of the equipments with power intensity below of 300 mw/cm². Key Words - Braces; Dental bonding; Composite resins. Recebido em dez/ Aprovado em mar/2009 * Especialista em Ortodontia e Ortopedia Facial pela ABO-SC e mestrando do programa de Pós-graduação em Odontologia - Área de Concentração: Ortodontia da Universidade Metodista de São Paulo. ** Doutor em Ortodontia pela FOB-USP e professor titular do programa de Pós-graduação em Odontologia - Área de Concentração: Ortodontia da Universidade Metodista de São Paulo. *** Doutor em Ortodontia pela Fousp e coordenador do programa de Pós-graduação em Odontologia - Área de Concentração: Ortodontia da Universidade Metodista de São Paulo. **** Doutora em Ortodontia pela Fousp e professora titular do programa de Pós-graduação em Odontologia - Área de Concentração: Ortodontia da Universidade Metodista de São Paulo. 95

2 Introdução Os sistemas adesivos fotopolimerizáveis para colagem em Ortodontia são amplamente utilizados devido à facilidade de aplicação e ao maior tempo de trabalho quando comparados com os autopolimerizáveis 1, sendo a canforoquinona o principal agente fotoativador 2. A luz promove a excitação da canforoquinona, que combinada com uma amina terciária produz radicais livres. Isto resulta na polimerização de monômeros de resina em escala molecular, promovendo o endurecimento do adesivo após exposição à luz por 20 a 60 segundos 3-5. Atualmente, as fontes emissoras de luz para fotopolimerização disponíveis no mercado são as lâmpadas halógenas, os diodos emissores de luz (LEDs) azul, o laser de Argônio e o arco de plasma de xenônio, com uma grande variedade de ponteiras 6. Apesar de estas duas últimas tecnologias reduzirem o tempo de polimerização a apenas um quarto 7 e a um terço 8 do necessário com os fotopolimerizadores convencionais respectivamente, apresentam uma relação custo x benefício desfavorável. Os fotopolimerizadores com lâmpadas halógenas estão sendo substituídos por aqueles com LEDs 9, devido ao menor número de componentes e ao baixo consumo de energia 10. São comercialmente disponibilizados pelos fabricantes e distribuidores nacionais de equipamentos odontológicos, diversos modelos e marcas de fotopolimerizadores a LED. De acordo com os fabricantes, a luz azul destes equipamentos encontra-se na faixa de 440 nm a 600 nm e as potências máximas variam de 500 mw/cm² a mw/cm LED é o acrônimo em inglês para Light Emitting Diode ou Diodo Emissor de Luz, um diodo semicondutor que quando energizado emite luz visível por luminescência e não por aquecimento de um filamento. Isto resulta num menor consumo de energia e baixa produção de calor 15. Um LED monocromático possui vida útil estimada em horas sob circunstâncias de operações normais 16. Para os fotopolimerizadores com lâmpadas halógenas, a verificação da sua potência deveria ser realizada constantemente, bem como a substituição de suas lâmpadas quando esta estiver abaixo dos 280 mw/cm² 17 para uma adequada polimerização das resinas 18. Numa avaliação realizada com 209 fotopolimerizadores convencionais de 122 consultórios particulares, verificou-se que 45,5% apresentavam menos de 300 mw/cm² de potência; destes, 65% apresentavam menos de 200 mw/cm². Esta potência seria inadequada para a completa polimerização das resinas no tempo indicado pelos fabricantes 19. Estatisticamente havia uma correlação negativa entre a densidade de potência e o envelhecimento dos aparelhos. Isto ocorre porque as lâmpadas halógenas produzem muito calor, causando a degradação do bulbo, do refletor e do filtro, reduzindo a sua potência com o tempo 20. As pesquisas para se verificar a efetividade dos fotopolimerizadores LED estão relacionadas às avaliações de: profundidade de cura 2,19, dureza 21-22, grau de conversão e resistência da colagem ao cisalhamento 25 das resinas fotopolimerizadas por estes dispositivos. Entretanto, não encontramos na literatura odontológica estudos relacionados à degradação dos LEDs pelo uso. Desta forma o objetivo desta pesquisa é verificar a potência da luz de LEDs de diferentes marcas comerciais utilizadas em consultórios com mais de seis meses de uso. Material e Métodos Confeccionou-se um formulário para o registro do modelo, fabricante, ano de aquisição/início de uso, tamanho e tipo das ponteiras, e da potência dos LEDs. Os registros das informações fornecidas pelos cirurgiões-dentistas ou auxiliares em consultórios e clínicas odontológicas, bem como a verificação das potências foram realizadas por um único operador. Foram avaliados 94 fotopolimerizadores com LEDs quanto à densidade de potência da luz, sendo estes das marcas (Gnatus; Kavo; Clean Line; Sanders; Bio-Art; Navy Atran, VH, Brasil; Demetron-Kerr, EUA; Ivoclar-Vivadent, Áustria; e SDI, Austrália), utilizando-se um radiômetro LED digital (SDI, Austrália Figura 1). Este mede o pico de luz emitida no intervalo de comprimento de onda entre 400 nm e 525 nm e realiza leituras entre 0 mw/cm² e 2100 mw/cm². Figura 1 Radiômetro LED (SDI, Austrália). 96

3 Para que as ponteiras estivessem em íntimo contato com o sensor de luz do radiômetro, estas foram posicionadas verticalmente. Para eliminar interferências da luz do ambiente nas medições, foi utilizada uma cobertura de borracha preta com uma perfuração central de aproximadamente 3,0 mm de diâmetro, a qual permitia a inserção das ponteiras dos fotopolimerizadores (Figuras 2 e 3), provendo um vedamento marginal. Figura 2 Registro da potência (Fotopolimerizador Demetron D1 - Demetron, EUA). os valores de densidade de potência entre 300 mw/cm² 3,17-18 a 400 mw/cm² 4-5,19 para a fotopolimerização de resinas com espessuras de até 2,0 mm de profundidade. Os resultados foram analisados com a estatística descritiva e para verificar se havia correlação entre o ano de aquisição do aparelho e sua potência utilizou-se o modelo de regressão exponencial. Resultados e Discussão Os resultados das medições das potências dos aparelhos podem ser verificadas no Gráfico 1. As médias das medições dos equipamentos em uso variaram de zero a mw/cm². As distribuições das potências encontram-se nos Gráficos 2 e 3, onde 65% dos aparelhos apresentavam menos de 300 mw/cm² e surpreendentemente, três destes apresentaram valor zero na leitura do radiômetro digital. A análise de regressão exponencial mostrou haver uma correlação estatisticamente significante entre o ano do aparelho e sua potência. Obteve-se R 2 = 0,16 e p<0,001 (Gráfico 4). GRÁFICO 1 - DISTRIBUIÇÃO DE FREQUÊNCIA ABSOLUTA (N) DAS POTÊNCIAS DOS APARELHOS, EM INTERVALO DE 50 mw/cm 2 ORTOPESQUISA Figura 3 Registro da potência (Fotopolimerizador Radii-e - SDI, Austrália). Somente após a verificação da melhor adaptação da ponteira em relação ao sensor de luz é que a proteção de borracha era inserida e o LED acionado para a medição da sua potência. Foram feitas cinco medições sequenciais com intervalos de 30 segundos para que o radiômetro pudesse apagar o valor anterior e para cada medição era realizado um novo posicionamento da ponteira no radiômetro. Nos fotopolimerizadores que possuíam aumento progressivo da intensidade de luz aguardava-se o pico de luz para a verificação da densidade de potência. Após os registros em mw/cm², calculou-se a média das cinco medições para cada aparelho. Considerou-se adequados A margem de erro de leitura do radiômetro utilizado não foi disponibilizada pelo fabricante, sendo que as variações dos limites de leitura mínimo e máximo podem ter ocorrido por características inerentes ao próprio equipamento de leitura ou por emissões fora das especificações. Em outro estudo 15, foram comparados quatro fotopolimerizadores de terceira geração com LED e um com lâmpada halógena utilizando seis diferentes radiômetros e um espectrofotômetro. Os autores verificaram que os fotopolimerizadores com LED não correspondiam às especificações de intensidade mínima nem ao espectro de emissão de luz dos fabricantes. O tipo de ponteira mais utilizado foi a de polímero plástico (Figura 4), ou seja, estava presente em 90% dos aparelhos com densidade de potência abaixo de 300 mw/cm² (Gnatus; 97

4 Kavo; Clean Line; Sanders; Bio-Art; Navy Atran produzidos no Brasil). Este material apresenta menor transmissão de luz quando comparado com a de fibra ótica, com perda de potência da luz emitida pelo LED, influenciando negativamente nos resultados. Dos 18 equipamentos com densidade de potência acima de 400 mw/cm², quatro tinham ponteiras de polímero (Gnatus, Brasil; VH, Brasil; e Kavo, Brasil) e poderiam apresentar valores mais altos se utilizassem ponteiras de fibra ótica. Três possuíam ponteiras de fibra ótica (Kavo, Brasil; Demetron-Kerr, EUA; e Ivoclar-Vivadent, Áustria) e 11 não necessitavam de ponteiras para a transmissão da luz (SDI, Austrália), Figura 5. Figura 4 Fotopolimerizador com ponteira de polímero (LD Max - Gnatus). Figura 6 Fotopolimerizador com LED de baixa potência. Os fotopolimerizadores de segunda geração utilizam LEDs de alto brilho (Figura 7) que produzem uma distribuição espectral que varia de 405 nm a 500 nm, maior potência, melhor desempenho e tempos de fotopolimerização menores. Já os fotopolimerizadores de terceira geração são confeccionados associando-se LEDs de baixa intensidade (primeira geração) com os de alto brilho (segunda geração), produzindo um espectro de luz mais amplo, com condições de polimerizar uma gama maior de resinas do que os fotopolimerizadores de segunda geração 22. No presente estudo os de primeira geração apresentaram potências de até 548 mw/cm² e os de segunda geração, acima de 860 mw/cm². Porém, não foi realizada nenhuma avaliação com fotopolimerizadores de terceira geração. Figura 5 Fotopolimerizador sem ponteira, com o LED na extremidade (Radii-e - SDI). A maioria dos equipamentos utilizava ponteiras com 8,0 mm de diâmetro, com variações de 7,0 mm a 10,0 mm; porém, em um estudo comparativo de diferentes tipos de guias óticos, não houve nenhuma vantagem no uso de ponteiras de menor calibre em relação as de tamanho padrão em fotopolimerizadores com a mesma potência 6. Os fotopolimerizadores de primeira geração geralmente utilizam um ou mais LEDs azuis de baixa potência (Figura 6), podendo não apresentar um desempenho tão bom quanto os fotopolimerizadores com lâmpadas halógenas 1. Contudo, alguns estudos demonstram que estes promovem profundidade de cura significativamente superior 3 e resistência compressiva equivalente 2. Figura 7 Fotopolimerizador com LED de alto brilho ao centro. GRÁFICO 2 - BOX-PLOT DAS POTÊNCIAS DOS APARELHOS, MOSTRANDO A MEDIANA, O PRIMEIRO QUARTIL, O TERCEIRO QUARTIL, MÍNIMO E MÁXIMO 98

5 O valor adequado de densidade de potência para a fotopolimerização de resinas compostas com espessuras de até 2,0 mm de profundidade pode variar de 300 mw/cm² 3,17-18 a 400 mw/cm² 4-5,19 (Gráfico 3) para um tempo médio de exposição de 20 a 40 segundos 5,21. Ao aumentarmos o tempo de exposição durante a fotopolimerização, aumenta-se a quantidade de energia aplicada sobre determinada área; deste modo colagens adequadas podem ser obtidas com o aumento do tempo de exposição à luz 24. Em um estudo laboratorial realizado entre diferentes valores de energia irradiante com uma mesma densidade de potência, ocorreu um aumento no grau de cura da resina quando variou-se entre 3, 6, 12 e 24 J/cm². Mas isto não ocorreu quando variou-se de 24 para 48 J/cm² 23. O aumento do tempo de exposição, necessário para colagens seguras com equipamentos de baixa intensidade, permitirá a uma maior influência das variáveis que interferem no resultado final, tais como contaminação do campo, deslocamento dos acessórios e desconforto do paciente. Porém, para 65% desta amostra, uma maior exposição à luz não produzirá polimerização adequada 20, indicando-se a sua substituição. Em alguns casos, o tempo gasto por atendimento pode justificar a troca imediata do fotopolimerizador, principalmente se o equipamento for utilizado em outras especialidades como observado neste estudo, tendo em conta que três destes apresentaram valor zero de potência. Alternativamente poderia ser utilizado um fotopolimerizador com mw/cm² de potência, com redução do tempo de colagem e aumento significativo de produtividade 8. GRÁFICO 3 - DISTRIBUIÇÃO DE FREQUÊNCIA RELATIVA (%) DAS POTÊNCIAS DOS APARELHOS, CONSIDERANDO A FAIXA DE 300 MW/CM 2 A 400 mw/cm 2 COMO ADEQUADA Por meio da análise da regressão exponencial encontrou-se uma correlação estatisticamente significante entre o ano do aparelho e sua potência. Obteve-se R 2 = 0,16 e p<0,001 (Gráfico 4). Isto demonstra que há uma perda de potência com o tempo de uso do equipamento e que neste trabalho foi bastante significativa talvez por que a maior parte da amostra utilizava LEDs de baixa potência, o que clinicamente mostrase muito preocupante. GRÁFICO 4 - GRÁFICO DE DISPERSÃO COM A CURVA DE REGRESSÃO DA CORRELAÇÃO ENTRE ANO DE POTÊNCIA Observou-se durante as medições que algumas ponteiras apresentavam uma grande quantidade de material aderido, pontas deformadas por pequenas fraturas, riscos e arranhões (Figuras 8 e 9) e duas delas estavam frouxamente adaptadas por pertencerem a outros equipamentos, o que pode ter influenciado negativamente nos resultados. Alguns autores 9,20 sugerem cuidados específicos de manutenção, dentre eles a limpeza adequada das ponteiras (Figura 10), o uso de prote- ORTOPESQUISA O calor gerado no semicondutor promove o amarelamento da lente epóxica transparente que recobre o LED, sendo um dos principais fatores da perda da sua luminosidade 10. Figuras 8 e 9 Ponteiras de polímero em diferentes estados de conservação. 99

6 ção plástica para evitar a adesão de detritos ou a substituição destas quando ocorrer perda significativa da potência. Para uma verificação frequente é necessário o uso de um radiômetro adequado, equipamento este já incorporado nos aparelhos mais potentes encontrados neste estudo. Conclusão Com base na metodologia empregada e nos resultados obtidos, pode-se concluir que: 65% dos fotopolimerizadores analisados apresentaram menos de 300 mw/cm 2 de potência, portanto inadequados para o uso. O tipo de ponteira mais utilizado foi a de polímero de policarbonato, presente em 90% dos equipamentos com potências abaixo de 300 mw/cm 2. Houve uma correlação estatisticamente significante entre o ano do aparelho e sua potência. Agradecimentos: À SDI Dental Industries do Brasil SA, na pessoa do sr. Norival Koster, por disponibilizar o radiômetro digital. Figura 10 Ponteira com indicação de substituição. Referências 1. Dunn WJ, Taloumis LJ. Polymerization of orthodontic resin cement with ligth-emitting diode curing units. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2002 Sept;122(3): Jandt KD, Mills RW, Blackwell GB, Ahworth SH. Depth of cure and compressive strength of dental composites cured with blue light emitting diodes (LEDs) Dental Materials 2000 Jan;16(1): Mills RW, Jandt KD, Ashworth SH. Dental composite depht of cure with halogen and blue light emitting diode technology. Br Dent J 1999 April;186(8): Silta YT, Dunn WJ, Peters CB. Effect of shorter polymerization times when using the latest generation of light-emitting diodes. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2005;128(6): Üşümez S, Büyükyilmaz T, Karaman AI. Effect of light-emitting diode on bond strength of orthodontic brackets. Angle Orthod 2004 April;74(2): Bishara SE, Vonwald L, Zantua J. Effects of different types of light guides on shear bond strenght. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1998 Oct;113(4): Talbot TQ, Blankenau RJ, Zobitz ME, Weaver AL, Lohse CM, Rebellatto J. Effect of argon laser irradiation on shear bond strength of orthodontic brackets: An in vitro study. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000;118(3): Thind BS, Stirrups DR, Lloyd CH. A comparison of tungstenquartz-halogen, plasma arc and light-emitting diode light sources for the polymerization of an orthdontic adhesive. Eur J Orthod 2006;28(1): Barghi N, Fischer DE, Pham T. Revisiting the Intensity Output of Curing Lights in Private Dental Offices. Compend Contin Educ Dent 2007 July;28(7): Bullough J. LED lighting systems. Lighting Answers 2003 May;7(3):13 acessado em 30/10/2008, disponível em Dabi Atlante SA. [cited; Available from: com.br/br/produto_mostra.php?id=5&idp= Gnatus Equipamentos Médico-Odontológicos Ltda. [cited; Available from: php?cod=442&categ=246&phpsessid=ef824c55652e7bc3e2 2f4d870a7788e5. Endereço para correspondência: Afonso Eugênio Wunderlich Junior Rua Dona Francisca, Sala Centro Joinville - SC Tel.: (47) afonso@orthocentro.com.br 13. Kavo do Brasil SA. [cited ]; Available from: kavo.com.br/index.php?goto=produtos&cdcat=9&cdsubcat= M M Optics Ltda. [cited; Available from: br/equip_odonto.asp 15. Owens BM, Rodriguez KH. Radiometric and spectrophotometric analysis of third generation light-emitting diode (LED) lightcuring units. J Contemp Dent Pract 2007 Feb;8(2): Jahr I. Lighting in machine vision. In: Hornberg A, ed. Handbook of machine vision: Wiley-VCH 2006; Caughman WF, Rueggeberg FA, Curtis JW Jr. Clinical guidelines for photocuring restorative resins. JADA Sept;126(9): Mitton BA, Wiilson NHF. Practice maintenance: The use and maintenance of visible light activating units in general practice. Br Dent J 2001;191(2): Rueggeberg FA, Caughman WF, Curtis JW. Effect of lightintensity and exposure duration on cure of resin composite. Oper Dent 1994 Jan-Feb;19(1): Barghi N, Berry T, Hatton C. Evaluating intensity output of curing lights in private dental offices. J Am Dent Assoc 1994 July;125(7): Price RBT, Felix CA, Andreou P. Evolution of a second-generation led curing unit. J Can Dent Assoc 2003 Sept;69(10):666-i. 22. Price RBT, Felix CA, Andreou P. Third-generation vs a secondgeneration led curing light: effect on Knoop microhardness. Compend Contin Educ Dent 2005 May;25(5): Calheiros FC, Daronch M, Rueggeberg FA, Braga R. Influence of irradiant energy on degree of conversion, polymerization rate and shrinkage stress in an experimental resin composite system. Dent Mater 2008 Sept;24(9): Emami N, Söderholm K-JM, Berglund LA. Effect of light power density variations on bulk curing properties of dental composites. J Dent 2003 Marc;31(3): Gronberg K, Rossouw E, Miller BH, Buschang P. Distance and time effect on shear bond strength of brackets cured with a second-generation light-emitting diode unit. Angle Orthod 2006 July;76(4):