Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrücken aus hochfester

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Aus dem Zentrum Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
Medizinische Hochschule Hannover
Abteilung Zahnärztliche Prothetik
Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrücken
aus hochfester Strukturkeramik
Eine In-vitro-Studie
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Zahnheilkunde
an der Medizinischen Hochschule Hannover
vorgelegt von
Petra Schneemann
aus Hameln
Hannover, 2006
Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover
am 20.03.2007
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Präsident:
Prof. Dr. Dieter Bitter-Suermann
Betreuer der Arbeit:
Prof. Dr. Meike Stiesch-Scholz
Referent:
Prof. Dr. Hüsamettin Günay
Koreferent:
PD Dr. Dr. Martin Rücker
Tag der mündlichen Prüfung: 20.03.2007
Promotionsausschussmitglieder: Prof. Dr. Dr. André Eckardt
PD Dr. Michael Eisenburger PhD
PD Dr. Thomas Tschernig
Inhalt
1
Einleitung und Literaturübersicht
1
1.1
Eigenschaften, Klassifikationen und Verwendungsmöglichkeiten
keramischer Werkstoffe
3
1.2
Entwicklung der Dentalkeramik
4
1.3
Abhängigkeit der Festigkeitseigenschaften der Keramiken
vom Mikrogefüge
7
1.4
Lithiumdisilikat-Glaskeramik
8
1.5
Aluminiumoxidkeramik
10
1.6
Zirkoniumdioxidkeramik (ZrO2)
11
1.7
Biokompatibilität
12
1.8
Korrosionseinfluss auf Oberflächendefekte in Keramiken
13
1.9
Testbedingungen zur Simulation intraoraler Verhältnisse
14
1.10
Kaukräfte
15
1.11
Bruchgefährdete Bereiche einer Brückenrestauration
16
1.12
Übersicht über bisherige Untersuchungen an vollkeramischen
Brückenkonstruktionen
17
1.12.1 In-vitro-Untersuchungen
17
1.12.2 Klinische Langzeiterfahrungen
19
1.13
Anforderungen an vollkeramische Brücken
21
2
Problemstellung
22
3
Material und Methode
3.1
Übersicht
23
3.2
Urmodell
26
3.3
Fertigung der Meistermodelle für die Herstellung der
Brückengerüste
26
3.3.1 Herstellung der individuellen Löffel
26
I
Inhalt
3.3.2 Abformung der Stümpfe des Urmodells
27
3.3.3 Ausgießen der Abformungen
28
3.3.4 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Lava
29
3.3.5 Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Empress 2
29
Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
31
3.4.1 Gerüstmodellation
31
3.4.2 Einbettung der Gerüstmodellation
32
3.4.3 Vorwärmen der Muffel und Pressen der Empress 2Brückengerüste
33
3.4.4 Ausbetten und Ausarbeiten der Empress 2-Brückengerüste
34
3.5
Herstellung der Lava-Brückengerüste
36
3.6
Vorschädigen der Brückengerüste
38
3.7
Herstellung der Verblendform und eines Gegenbisses
39
3.8
Verblenden der Brückengerüste
41
3.9
Herstellung der Prüfmodelle für die Belastungstests
43
3.9.1 Vervielfältigung der Kunststoffstümpfe
43
3.9.2 Ablängen der Kunststoffstümpfe
45
3.9.3 Vorversuche zur Testung verschiedener Materialien zur
Eignung als künstliches Parodontium
46
3.9.4 Herstellung des künstlichen Parodontiums
47
3.10
Zementierung der verblendeten Brücken
47
3.11
Sockelung der auf den Stümpfen zementierten Brücken
48
3.12
Künstliche Alterung der Probekörper
50
3.13
Bruchbelastungstest
51
3.14
Analyse des Bruchausgangs
52
3.15
Statistik
53
3.4
II
Inhalt
4
Ergebnisse
4.1
Bruchlasten der Empress 2- und Lava-Brücken im Vergleich
55
4.2
Einfluss von Vorschädigung und thermomechanischer
Wechselbelastung auf die Brückenbelastbarkeit
60
4.2.1 Bruchlasten von Brücken aus Empress 2
60
4.2.2 Bruchlasten von Brücken aus Lava
62
Makroskopische Analyse der Bruchstellen
64
4.3.1 Bruchmodus der Empress 2-Brücken
64
4.3.2 Bruchmodus der Lava-Brücken
68
Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Empress 2-Brücke
73
Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Lava-Brücke
75
4.3
4.4
4.5
5
Diskussion
5.1
Diskussion der Methodik
78
5.1.1 In-vitro-Untersuchung
78
5.1.2 Modellherstellung und Modellstumpfmaterial
79
5.1.3 Herstellung der Brücken
81
5.1.4 Gestaltung der Prüfkörper
82
5.1.5 Simulation der Pfeilerresilienz
83
5.1.6 Alterungssimulation
85
5.1.7 Wasserlagerung
87
5.1.8 Die definierte mechanische Vorschädigung
der Brückengerüste
88
5.1.9 Zementierung der Brücken
90
5.1.10 Untersuchung der Bruchlast
91
III
Inhalt
5.2 Diskussion der Ergebnisse
93
5.2.1 Bruchlasten der Brücken
93
5.2.2 Bruchverlauf
97
6
Zusammenfassung
99
7
Literatur
101
8
Abkürzungsverzeichnis
112
9
Abbildungsverzeichnis
113
10 Tabellenverzeichnis
117
11 Anhang
119
12 Danksagung
120
13 Lebenslauf
121
14 Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nrn. 5 und 6
122
IV
Einleitung und Literaturübersicht
1 Einleitung und Literaturübersicht
In der restaurativen Zahnheilkunde stellt die definitive Versorgung einer Schaltlücke mit zahnfarbenen festsitzendem Zahnersatz hohe Anforderungen an den
Zahnarzt. Auch die Ansprüche der Patienten im Hinblick auf die Ästhetik, Biokompatibilität und Haltbarkeit des Zahnersatzes wachsen stetig.
Deshalb gewinnen vollkeramische Restaurationsmaterialien aufgrund ihrer
ausgezeichneten Biokompatibilität, der geringen Plaqueanlagerung [40, 96] und
der sehr guten ästhetischen Eigenschaften in der Zahnmedizin zunehmend an
Bedeutung. Im Vergleich zu Metallkeramikkronen setzen Vollkeramikkronen
keine Metallionen frei, die dunkle Verfärbungen im Bereich der Kronenränder
verursachen und Parodontopathien begünstigen können [52, 60, 130]. Das
Einfügen vollkeramischer Restaurationen in eine Mundhöhle mit metallischen
Füllungs- und Restaurationswerkstoffen ist im Gegensatz zu Legierungen unproblematisch, weil Keramiken keine elektrische Leitfähigkeit besitzen und
damit auch keine Freisetzung von Metallionen begünstigen. Keramiken sind
inert, das bedeutet, sie sind sehr reaktionsträge und von ihnen geht kein Allergiepotenzial aus.
Bereits seit längerem werden konventionelle keramische Restaurationsmaterialien für Frontzahnrestaurationen, kleinspannige Brücken bis zum zweiten Prämolaren, Einlagefüllungen, Veneers und Einzelkronen im Seitenzahnbereich erfolgreich eingesetzt [7, 45, 78, 86, 108, 110, 114]. Um die Belastbarkeit dieser vollkeramischen Restaurationen zu erhöhen, wird eine adhäsive Befestigung empfohlen [23, 76, 82]. Dies ist im Seitenzahnbereich häufig
erschwert, weil hier eine absolute Trockenlegung, wie sie für die adhäsive
Befestigung nötig ist, nicht immer gewährleistet werden kann.
Obwohl die Weiterentwicklung der keramischen Restaurationsmaterialien in den
letzten Jahren zu einer erhöhten Festigkeit geführt hat, wird der Einsatz dieser
Materialien für Brücken im Seitenzahnbereich kritisch betrachtet. Die für kleinere Restaurationen häufig verwendeten konventionellen Vollkeramiksysteme
verfügen nur über eine geringe mikroplastische Verformbarkeit, woraus eine
hohe Sprödigkeit und eine geringe Bruchfestigkeit resultieren. Es konnte gezeigt werden, dass sich an möglichen Fehlstellen im Material, wie z.B. Poren,
1
Einleitung und Literaturübersicht
Mikrorissen oder durch die Bearbeitung entstandenen Kerben, lastbedingte
Spannungen konzentrieren können, die die Festigkeit der Keramik herabsetzen
[40, 71, 73]. Außerdem unterliegen vollkeramische Restaurationen im korrosiven Milieu des Mundes und unter Kaubelastungen einer Materialalterung [103,
128, 129]. Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Dentalkeramiken
haben gezeigt, dass insbesondere mit Yttriumoxid teilstabilisierte Zirkoniumdioxidkeramiken nicht nur eine hohe Anfangsfestigkeit, sondern auch eine herausragende mechanische Langzeitfestigkeit aufweisen, die derjenigen konventioneller Dentalkeramiken weit überlegen ist [34, 113]. Deshalb wird zur Steigerung der Belastbarkeit einer vollkeramischen Restauration für den Seitenzahnbereich zunächst ein Gerüst aus einer hochfesten Keramik hergestellt, das
anschließend mit einer speziell abgestimmten Feldspatkeramik verblendet wird.
Unterschiedliche Gerüstmaterialien verfügen über verschiedene Verstärkungsmechanismen. Bei den konventionellen Vollkeramiksystemen findet man meist
eine sogenannte Partikelverstärkung.
Seit einiger Zeit werden Zirkoniumdioxidkeramiken für den Einsatz in der
Zahnmedizin
weiterentwickelt.
Bei
diesen
sogenannten
Hochleistungs-
keramiken wird die Umwandlungsverstärkung ausgenutzt, die dem Werkstoff
die guten Festigkeitseigenschaften verleiht. Die Verwendung dieser modernen,
hochfesten Keramiken als Gerüstwerkstoff erlaubt eine konventionelle Zementierung auf der Basis makromechanischer Retention.
2
Einleitung und Literaturübersicht
1.1
Eigenschaften, Klassifikationen und Verwendungsmöglichkeiten keramischer Werkstoffe
Keramische Werkstoffe sind polykristalline, nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe, die durch Einwirkung hoher Temperatur verfestigt werden [120], einen
kristallinen Anteil von mindestens 30 % besitzen und in Wasser schwer oder
gar nicht löslich sind. In keramischen Materialien liegen Ionenbindungen und
kovalente Bindungen vor. Diese Bindungsarten beeinflussen die Werkstoffeigenschaften. Charakteristisch für Keramik sind die hohe Härte, verbunden mit
hoher Druckfestigkeit, das sehr geringe plastische Verformungsvermögen
(geringe Zug- und Biegefestigkeit) und das Versagen unmittelbar nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze (Sprödbruchverhalten). Die Dauerfestigkeit bei
Zug- oder Biegebeanspruchung wird durch Risswachstumsphänomene (unterkritisches Risswachstum) limitiert. Diese Vorgänge können durch herstellungsbedingte Gefügefehler und bearbeitungsinduzierte Mikrodefekte begünstigt
werden [40, 71, 73].
Nach anwendungstechnischen Kriterien unterteilt man keramische Werkstoffe
in klassische (traditionelle) und technische Keramiken. Die klassische Keramik
gehört zu den ältesten von Menschen entwickelten Werkstoffen. Sie wird
hauptsächlich aus Tonmineralien, Magerungsmitteln und Flussmitteln gefertigt
und heute noch als Gebrauchs- und Baukeramik genutzt.
Technische Keramiken dagegen werden hauptsächlich aus synthetischen
Rohstoffen hergestellt. Diese Keramiken unterteilt man in Funktionskeramik und
Strukturkeramik. Funktionskeramiken besitzen für ihr Einsatzgebiet notwendige
magnetische, optische oder elektrische Eigenschaften. Strukturkeramiken mit
Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid als Hauptbestandteil werden besonders in
Konstruktionen für starke mechanische Beanspruchungen benötigt. Sie zeichnen sich durch hohe Härte, gute Verschleißbeständigkeit und einen hohen
Korrosionswiderstand gegenüber Gasen, Flüssigkeiten und Metallschmelzen
aus. In der Industrie werden diese Werkstoffe für die vielfältigsten Anwendungen eingesetzt, z.B. als Turbolader für Verbrennungsmotoren, Schneidwerkzeuge etc. [97]. Auch in der Medizin und Zahnmedizin finden spezielle
3
Einleitung und Literaturübersicht
Strukturkeramiken
immer
häufiger
Anwendung,
z.B.
für
Hüftge-
lenkendoprothesen oder Gerüstmaterialien für zahnärztliche Restaurationen.
1.2
Entwicklung der Dentalkeramik
Dentalkeramiken sind sehr vielfältig. Sie unterscheiden sich sowohl in Bezug
auf den Materialaufbau als auch auf die Verarbeitung. Die konventionellen
Dentalkeramiken leiten sich zwar ursprünglich von den Porzellanen ab, sind
inzwischen bezüglich der Zusammensetzung jedoch deutlich von diesen zu
unterscheiden. Ihre Hauptbestandteile sind Feldspate und Quarz. Das Kaolin,
welches eine wichtige Komponente der Porzellane darstellt, ist nur in geringen
Mengen enthalten oder fehlt sogar ganz. Beim Brennen dieser Keramiken, dem
sogenannten Sinterprozess entstehen Gefüge, die aus einer Glasmatrix mit
eingebetteten Kristallen (z.B. Leuzit) bestehen [14].
Die ersten Versuche, vollkeramische Kronen herzustellen, wurden bereits im
Jahre 1887 mit Feldspatkeramik durchgeführt. Charles Land brannte diese
Keramik auf eine dem beschliffenen Zahnstumpf aufgepasste Platinfolie [53].
Feldspatkeramiken haben als Verblendkeramiken bis heute einen hohen Stellenwert. Als Basismaterial für vollkeramische Restaurationen sind sie aufgrund
ihrer unzureichenden Festigkeit jedoch nicht geeignet.
McLean und Hughes erreichten 1965 durch das Einbringen von hochfesten
Aluminiumoxidkristallen in die glasartige Dentalkeramik eine Festigkeitssteigerung [75]. Sie leiteten mit der Entwicklung eines aluminiumoxidhaltigen
Gerüstmaterials ein neuartiges Konzept für vollkeramische Systeme ein. Auf
dieser Basis entwickelten sich verschiedenste vollkeramische Systeme, die alle
nach dem Prinzip aufgebaut waren, ein besonders festes Kernmaterial mit einer
darauf abgestimmten Verblendkeramik zu kombinieren.
Die von Sadoun [15] entwickelte Hartkernkeramik In-Ceram Alumina (Vita, Bad
Säckingen) wurde 1989 auf den Markt gebracht und war das erste in Deutschland erhältliche vollkeramische Kronen- und Brückensystem. Die vollkeramischen Kronen- und Brückengerüste werden mit Hilfe der sogenannten
Schlickertechnik hergestellt. Bei dieser Methode werden die Gerüste zunächst
4
Einleitung und Literaturübersicht
auf einem feuerfesten Modell aus einer teigartigen keramischen Grundmasse
(Schlicker) modelliert. Anschließend werden die Werkstücke einem acht Stunden dauernden ersten Sinterbrand unterzogen. Man erhält Gerüste mit einer
kreideartigen Konsistenz. Diese Gerüste werden nachbearbeitet und dann in
einem Spezialbrennofen einem zweiten Brennvorgang ausgesetzt, bei dem ein
Lanthanglas infiltriert wird. Durch folgende Glaskontrollbrände und Schleifprozesse werden die Glasüberschüsse entfernt. Die endgültige Zahnform erhalten die Werkstücke durch die Verblendung mit speziellen Keramikmassen. InCeram Alumina ist bis heute eine marktgängige glasinfiltrierte Aluminiumoxidkeramik, die sowohl für Einzelkronen als auch für dreigliedrige Brücken im
Frontzahnbereich eingesetzt werden kann [40, 106, 118, 114, 122].
Ende der 80er Jahre kam das IPS-Empress-System (Ivoclar, Schaan/FL) auf
den Dentalmarkt. Es handelt sich dabei um eine leuzitverstärkte Glaskeramik.
Bei dieser Keramik liegt der Anteil der Kristallphase zwischen 30 und 40 Vol.-%,
der restliche Anteil wird durch eine silikatische Glasmatrix eingenommen [47].
Bei diesem System wird die Gerüstkeramik nach dem so genannten Lost-waxVerfahren in eine Hohlform aus spezieller Einbettmasse gepresst.
Beim Herstellungsverfahren unterscheidet man zwischen der Schichttechnik
und der Maltechnik. Bei der Maltechnik wird das Werkstück vollständig aus dem
verpressten Rohling geformt und durch eine Glasur farblich individualisiert. Das
Schichtverfahren arbeitet mit einer reduzierten Grundform aus Presskeramik,
die mit Hilfe von Glaskeramikpulvern formvollendet und gesintert wird. Mit
dieser Keramik gelang es, präzise und transluzente Einzelzahnrestaurationen
herzustellen [36, 41, 131]. Für Brückenkonstruktionen war diese Keramik jedoch nicht geeignet.
Die 1998 eingeführte IPS-Empress-2-Keramik (Ivoclar, Schaan/FL) ist ebenfalls
eine Presskeramik. Dieser neu entwickelte Werkstoff ist eine LithiumdisilikatGlaskeramik, die für Einzelkronen, Inlays, Veneers und dreigliedrige Brücken
bis zum ersten Prämolaren eingesetzt werden kann [41, 69, 107]. Bei dieser
Keramik liegt der Anteil der Kristallphase mit mehr als 60 Vol.-% wesentlich
höher als bei IPS-Empress.
5
Einleitung und Literaturübersicht
Die Werkstücke aus IPS-Empress-2 werden wie bei IPS-Empress im Schichtverfahren hergestellt. Eine Maltechnik gibt es bei IPS-Empress-2 nicht.
Im Jahre 1999 wurde mit In-Ceram Zirconia (Vita, Bad Säckingen) eine Zirkoniumdioxidhaltige Aluminiumoxidkeramik für die Herstellung dreigliedriger vollkeramischer Brücken im Front- und Seitenzahnbereich eingeführt. Die Gerüstkeramik enthält neben den Aluminiumoxidpartikeln noch gleichmäßig verteilte
Zirkoniumdioxidpartikel, die als dichte Kornpackungen vorliegen und deren
Zwischenräume durch eine Glasmatrix ausgefüllt sind. Dieses Material erreichte
gute Festigkeitswerte [117]. Es gibt zwei unterschiedliche Herstellungsmethoden für Kronen und Brückengerüste aus dieser Keramik. Eine Methode ist die
sogenannte Schlickertechnik, die genauso angewendet wird wie bei der InCeram Alumina Keramik. Bei der zweiten Methode wird das Gerüst mittels
Maschinenbearbeitung aus einem Blockrohling herausgefräst. Bei beiden Herstellungsverfahren werden die Gerüste vor dem Verblenden mit einem Spezialglas infiltriert [121].
Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit ermöglichte mit dem Einsatz
modernster Verfahrenstechnologien die Nutzung des Werkstoffs Zirkoniumdioxid für die Zahnmedizin. Durch den Einsatz des Zirkoniumdioxids als zahnärztlichen Restaurationswerkstoff erschloss sich ein ganz neues Indikationsspektrum für Zahnersatz aus Vollkeramik. Das Zirkoniumdioxid wird dabei nicht
nur als Zusatzstoff verwendet, sondern in einer mit Yttriumoxid teilstabilisierten
Form für hochfeste Kronen- und Brückengerüste eingesetzt. Als erstes wurde
dieser Werkstoff von der Firma DCS als Gerüstmaterial verwendet. Die
Werkstücke werden mittels CNC-Fräsung aus heiß isostatisch gepressten
(„gehippten“) Rohlingen gefertigt. Zur Fertigung der Gerüste aus diesen
Keramikblöcken kommt die CAD/CAM-Technik zum Einsatz. Der hohe
technische Fortschritt der letzten fünf Jahre machte den Einsatz dieses
Materials für die Zahnmedizin erst möglich. Da die Gerüstkeramiken aufgrund
der dichten Sinterung eine geringe Transluzenz aufweisen, ist für die
Herstellung
eines
ästhetischen
Zahnersatzes
konventionellen Feldspatkeramiken notwendig.
6
die
Verblendung
mit
Einleitung und Literaturübersicht
1.3
Abhängigkeit der Festigkeitseigenschaften der
Keramiken vom Mikrogefüge
Die Eigenschaften der keramischen Werkstoffe werden besonders durch das
mikroskopische Gefüge bestimmt. Wesentliche Parameter sind Korngröße,
Korngestalt und das Vorliegen von Porositäten. Die Festigkeit steigt mit zunehmender Dichte und Feinheit des Gefüges und mit zunehmender Reinheit
des Pulvers. Die Hochleistungskeramiken zeichnen sich durch hohe Härte und
hohe Biegefestigkeit aus. Zur Sicherstellung dieser physikalischen Eigenschaften ist eine Vermeidung von Mikroporen und Inhomogenitäten eine Grundvoraussetzung. Aus diesem Grund muss die Herstellung der Zirkoniumdioxidblöcke für hochfeste Zahnrestaurationen industriell unter reproduzierbaren Bedingungen erfolgen.
Konventionelle keramische Materialien enthalten herstellungsbedingt noch
immer Poren, Risse, Einschlüsse und Inhomogenitäten, die im Werkstück und
an seiner Oberfläche verteilt sind. Aufgrund ihrer Kerbwirkung haben sie einen
besonders großen Einfluss auf die mechanische Festigkeit einer Keramik. Aus
diesem Grund erlaubt erst die Kombination von konventionellen Festigkeitsprüfungen mit Statistik und Bruchmechanik eine materialspezifische Beschreibung der Zuverlässigkeit sowie Lebensdauervorhersagen [67].
7
Einleitung und Literaturübersicht
1.4
Lithiumdisilikat-Glaskeramik
Dieses Material wurde zur Herstellung von Einzelkronen, Inlays, Veneers und
Gerüstkonstruktionen für dreigliedrige Brücken bis zum zweiten Prämolaren
entwickelt. Es handelt sich dabei um eine Glaskeramik mit mehr als 60 Vol.-%
Kristallgehalt. In dem homogenen Gefüge der Glasmatrix liegen ineinander
verschränkt angeordnete Lithiumdisilikatkristalle vor. Die Hauptkristallanteile
bestehen aus 0,5 µm bis 6 µm langen und 1,5 µm breiten Lithiumdisilikatkristallen. Daneben sind auch noch 0,1 µm bis 0,3 µm große Kristalle LithiumOrthophosphat nachweisbar [42, 51]. Die Besonderheit der LithiumdisilikatGlaskeramik ist der hohe kristalline Anteil. Durch die dichte Formation der
Kristalle in der Glasmatrix soll eine Rissausbreitung in dem Kernmaterial behindert bzw. unterbunden werden. Ein Riss, der in die Glasmatrix hineinläuft, wird
an der Grenzschicht zwischen kristallinem Partikel und Glasmatrix gestoppt
oder in seiner Richtung umgelenkt, so dass sich der Rissweg verlängert [51].
Durch Energieabsorption soll die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Risses
reduziert werden. Dieser Partikelverstärkung genannte Mechanismus verleiht
dem Werkstoff eine erhöhte Stabilität und Bruchzähigkeit [101]. Ein weiterer
bestimmender Faktor für die Bruchfestigkeit von Keramiken ist die nach dem
Sintern vorhandene Restporosität. Da diese Poren gewöhnlich an Korngrenzen
auftreten, verringern sie den Widerstand des Werkstoffs gegen interkristallinen
Bruch. Durch Verfahren wie das Heißpressen werden Restporositäten minimiert
[20]. Das Kernmaterial wird in industriell gefertigten, zylinderförmigen Rohlingen
geliefert und bei der Verarbeitung zum Kronen- oder Brückengerüst mit einer
Verpresstemperatur von 920 °C in die nach dem Lost-wax-Verfahren
vorbereitete Hohlform gebracht.
Die dazugehörige Verblendkeramik wird als Pulver geliefert und mit einer Modellierflüssigkeit angemischt. Sie ist ein niedrigschmelzender Werkstoff, der bei
einer Temperatur von 820 °C gesintert wird. Die Zusammensetzungen der
Gerüst- und Verblendkeramik sowie die physikalischen Eigenschaften des
Kernmaterials sind in den Tabellen 1 a+b dargestellt.
8
Einleitung und Literaturübersicht
Die vom Hersteller empfohlene Mindestschichtdicke des Kernmaterials beträgt
0,8 mm. Bei Brückenkonstruktionen sollten die Verbinder einen Mindestquerschnitt von 16 mm2 aufweisen, wobei eine Abmessung von 4 mm x 4 mm
angestrebt werden sollte [46].
Zusammensetzung des
Materialbestandteile
Empress-2-Kernmaterials
Zusammensetzung der
Empress-2-Verblendkeramik
(Lithiumdisilikat-Glaskeramik)
(Fluorapatit-Glaskeramik)
in ma.-%
in ma.-%
SiO2
57 - 80
45 - 70
Al2O3
0-5
5 - 22
K2O
0 - 13
3-9
La2O3
0,1 - 6
0
Li2O
11 - 19
0
MgO
0-5
0
P2O5
0 - 11
0,5 - 6,5
ZnO
0-8
0-8
F
0
0,1 - 2,5
Na2O
0
4 - 13
Zusätze
0-6
< 10 *
Farbsubstanzen
0-8
0
(* z.B.: B2O3, La2O3, Ba2O, MgO, ZnO, SrO, TiO2, ZrO2, CeO2)
Tab. 1 a: Zusammensetzungen des Empress-2-Kernmaterials und der
Empress 2-Verblendkeramik in Masse-% [47]
Dreipunkt-Biegefestigkeit nach ISO 6872
(350 ± 50) MPa
Bruchzähigkeit, einseitig eingekerbte Probe
(3,2 ± 0,3) MPa m1/2
E-Modul
(96) GPa
Löslichkeit
< 100 µg/cm2
Tab. 1 b: Physikalische Eigenschaften des Empress-2-Kernmaterials
(Lithiumdisilikat-Glaskeramik)[47]
9
Einleitung und Literaturübersicht
1.5
Aluminiumoxidkeramik
Ein häufig in Studien untersuchtes Vollkeramiksystem ist In-Ceram Alumina
(Vita, Bad Säckingen), eine glasinfiltrierte Aluminiumoxidkeramik [49]. Hierbei
wird ein Grundgerüst aus porösem Aluminiumoxid im Originalmaßstab hergestellt und anschließend mit Lanthanglas infiltriert. Es entsteht ein Verbundwerkstoff aus Aluminiumoxidpartikeln und einer Glasmatrix in deren Zwischenräumen. Die Kombination von Kristalliten und keramischer Glasmatrix ist eine
gängige Methode zur Gefügeverstärkung. Durch die Kristallite werden sogenannte Misfit-Spannungen erzielt, die einen Riss ablenken und damit den Rissweg verlängern und den Rissfortschritt erschweren [30, 58, 71].
Diese Keramik wurde in zahlreichen klinischen Studien daraufhin untersucht, ob
sie für Brückenkonstruktionen im Front- und Seitenzahnbereich geeignet ist.
Dabei wurde für In-Ceram-Alumina-Brücken eine eingeschränkte Empfehlung
für den Einsatz im Seitenzahnbereich abgeben, wohingegen der Einsatz im
Frontzahnbereich möglich ist [7, 108, 122].
Ein weiteres Vollkeramiksystem auf der Basis einer Aluminiumoxidkeramik ist
Procera-AllCeram (Procera, Nobel Biocare, Göteborg/Schweden). Bei diesem
Verfahren wird hochreines Aluminiumoxidpulver durch kalt-isostatisches Pressen auf einem vergrößerten Stumpfmodell verdichtet. Nachfolgend wird der entstandene Grünling CNC-gesteuert nachbearbeitet und anschließend dichtgesintert [64, 98]. Aus diesem Keramikmaterial können Einzelkronen und dreigliedrige Brücken für den Front- und Seitenzahnbereich hergestellt werden. Bei
der Anfertigung von Brücken werden die Einzelteile (Brückenanker und
Brückenglieder) nach der Einzelherstellung mittels Sinterungsbrand zusammengefügt. Die Fügespalten müssen mit der Verblendkeramik vollständig bedeckt werden [32].
10
Einleitung und Literaturübersicht
1.6
Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO2)
Als Rohstoff für verschiedene medizinische Konstruktionen kommt Zirkon
(ZrSiO4) zur Anwendung. Reines Zirkoniumdioxid kann temperaturabhängig in
verschiedenen Kristallstrukturen vorliegen. Unterhalb des Schmelzpunktes von
2680 °C weist Zirkoniumdioxid ein kubisches Kristallgitter auf. Bei weiterer
Abkühlung wandelt es sich ab 2370 °C zunächst in die tetragonale Modifikation
um, die bis zu einer Temperatur von 1170 °C stabil ist. Ab 1170 °C bis Raumtemperatur liegt dann eine monokline Kristallstruktur vor (Tab. 2).
Bei der Modifikationsumwandlung von der tetragonalen in die monokline Kristallstruktur kommt es zu einer Volumenveränderung von 3 % bis 5 %. Daher ist
reines Zirkoniumdioxid nicht für die Herstellung rissfreier und dichter Keramikkonstruktionen geeignet [97]. Mit dem TZP (tetragonal zirconia polycrystal)
wurde ein neuer Werkstofftyp entwickelt, indem durch den Einbau von Fremdoxiden (sog. Stabilisatoren) in das Kristallgitter eine Teilstabilisierung der tetragonalen Modifikation bis auf Raumtemperatur erreicht wurde. Die volumenverändernde Umwandlung in die monokline Kristallstruktur unterbleibt somit
zunächst [67]. Als Stabilisator wird Yttriumoxid (Y2O3) verwendet. Die so gewonnene Keramik zeichnet sich durch ein extrem reines Gefüge aus feinkörnigen Kristalliten (<1 µm) aus metastabilem tetragonalen Zirkoniumdioxid aus und
hat eine hohe Festigkeit.
Temperatur
2680 °C
Kristallstruktur Schmelzpunkt
Tabelle 2:
bis 2370 °C
kubisch
bis 1170 °C Raumtemperatur
tetragonal
monoklin
Kristallstrukturen des reinen Zirkoniumdioxids in Abhängigkeit von
der Temperatur
Bei dem mit Yttriumoxid teilstabilisierten Zirkoniumdioxid (Y-TZP= Yttriastabilized Tetragonal Zirconia Polycristals) wird zur Steigerung der Risszähigkeit ein Phänomen ausgenutzt, das als Umwandlungsverstärkung bezeichnet
wird. Dabei wandelt sich die teilstabilisierte tetragonale Modifikation des
11
Einleitung und Literaturübersicht
Zirkoniumdioxids (Y-TZP) unter Spannung in seine stabile monokline Modifikation um. Diese Umwandlung ist martensitisch und läuft spontan ab. Die mit der
Umwandlung verbundene Volumenausdehnung des Teilchens erzeugt an der
Rissspitze eine Druckspannung, die dort der von außen wirkenden Belastung
entgegenwirkt und den ankommenden Riss wirksam schließt [16, 20]. Hochentwickelte Herstellungsmethoden haben die Nutzung des teilstabilisierten
Zirkoniumdioxids für Zahnrestaurationen möglich gemacht. Bei den ersten
Systemen, die mit Zirkoniumdioxid arbeiteten, wurden die Kronen aus dichtgesinterten Keramikblöcken herausgefräst, eine aufgrund der hohen Materialfestigkeit zeitaufwändige und kostenintensive Herstellungsart. Wegen der extremen Festigkeitswerte des gesinterten Zirkoniumdioxids erschien die Bearbeitung des Materials in diesem Zustand als wenig sinnvoll. Im Unterschied dazu
versprach die Bearbeitung von lediglich vorgesintertem Zirkoniumdioxid im so
genannten Weißzustand einen effektiveren Herstellungsprozess. Die kreideähnliche Konsistenz des Weißlings ermöglicht eine zügige Bearbeitung bei langen
Werkzeugstandzeiten. In neuester Zeit sind die Herstellungsverfahren von
vorgesinterten Weißlingen derart verfeinert worden, dass es möglich ist, ein
Gerüst vergrößert auszufräsen und danach in einem Hochtemperaturofen zu
sintern. Die Sinterschrumpfung des Rohlings kann abhängig von der Charge
genau vorhergesagt werden und durch einen Strichcode am Weißling in die
Fräsmaschine eingelesen werden und beim Fräsen berücksichtigt werden, so
dass eine passgenaue Restauration entsteht.
1.7
Biokompatibilität
Zwischen Kronenrestauration und Schleimhaut entstehen oft flächige Kontaktbereiche. Für diesen Dauerkontakt ist eine vollkeramische Kronenversorgung
vorteilhafter als eine Metallkeramikkrone, da keine Grenzfläche zwischen unterschiedlichen Materialien vorliegt und allergische Reaktionen bei diesem inerten
Material nahezu ausgeschlossen sind [100, 109, 98].
12
Einleitung und Literaturübersicht
1.8
Korrosionseinfluss auf Oberflächendefekte in Keramiken
Unter Korrosion versteht man die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Schädigung des Werkstoffs zur Folge hat. Die neuesten Definitionen unterscheiden dabei die Korrosion von metallischen und keramischen Werkstoffen. In Bezug auf metallische Legierungen wird Korrosion als
die physikochemische Wechselwirkung zwischen einem metallischen Werkstoff
und seiner Umgebung erklärt [18]. In Bezug auf keramische Werkstoffe wird
Korrosion als der Materialabtrag durch chemischen Angriff auf einen Keramikkörper durch ein ihn umgebendes Medium beschrieben [19].
Keramische Werkstoffe sind hinsichtlich ihrer Korrosionsresistenz anderen
Werkstoffgruppen im Allgemeinen überlegen. Im wässrigen Milieu beginnt der
korrosive Angriff hauptsächlich an den Korngrenzen, weil dort die Bindung
zwischen den Atomen am schwächsten ist [132].
Die korrosive Wirkung von Wasser spielt auch beim Wachstum von Rissen eine
wichtige Rolle. Wenn kleinste Gefügefehler in Keramiken, wie z.B. Inhomogenitäten, Poren, Risse oder Einschlüsse, in Kontakt mit einer wässrigen Komponete treten, können an diesen Stellen durch Korrosion Ausgangspunkte für
das Versagen keramischer Restaurationen entstehen. An diesen Fehlstellen
wird durch Anlagerung und Wechselwirkung von Wassermolekülen die für das
Risswachstum notwendige Energie herabgesetzt. Die Einwirkungen der zyklischen Kaubelastungen und des korrosiven Mundmilieus führen an diesen Fehlstellen zu weiterem Risswachstum. Man bezeichnet dies auch als Spannungsrisskorrosion [68, 91, 127, 129]. So kann nach einer bestimmten Tragedauer
die Festigkeit einer keramischen Restauration so weit vermindert sein, dass
diese sogar bei einer normalen Belastung versagt [114].
Die Anwesenheit von Wasser kann die Festigkeit von Gläsern reduzieren. Die
Dentalkeramiken, die man als Glaskeramiken bezeichnet, enthalten eine Glasmatrix. Glaskeramiken sind ebenfalls anfällig gegenüber Risswachstum, das
durch Feuchtigkeitseinwirkung mit der Zeit verstärkt wird. Das langsame Risswachstum, hervorgerufen durch die Reaktion von Wasser und Glasmatrix in der
Rissspitze, kann schließlich zu einem zeitlich verzögerten Bruch der Glaskera-
13
Einleitung und Literaturübersicht
mikrestauration
führen
und
muss
bei
entsprechenden
Festigkeits-
untersuchungen berücksichtigt werden.
1.9
Testbedingungen zur Simulation intraoraler Verhältnisse
Materialien für Zahnersatz unterliegen in der Mundhöhle neben den korrosiven
Einflüssen des Mundmilieus auch den Beanspruchungen beim Kauvorgang. Es
ist bekannt, dass ständig sich wiederholende Belastungen zur Zerstörung einer
Konstruktion führen können. Bei keramischen Materialien unterscheidet man
eine Anfangs- bzw. statische Festigkeit und eine Dauerfestigkeit. Die Anfangsfestigkeit wird direkt nach der Herstellung ohne jegliche Art von Alterung gemessen. Bei Keramiken ist die Dauerfestigkeit klinisch wesentlich relevanter als
die üblicherweise gemessene Anfangsfestigkeit, weil die sich ständig wiederholenden Belastungen beim Kauvorgang zu einer Verminderung der Festigkeit
führen können. In verschiedenen In-vitro-Studien wurde beobachtet, dass die
Bruchfestigkeitswerte von Keramiken nach Dauerschwellbeanspruchung niedriger ausfielen als nach statischer Belastung [26, 34, 103]. Die zahnärztlichen
Restaurationen in der Mundhöhle sind auch einer Dauerschwellbeanspruchung
von Null bis zu einer Obergrenze ausgesetzt, hierbei ist die tatsächliche Größe
der Last je nach Kautätigkeit unterschiedlich. Um abzuschätzen, ob ein Werkstoff für den Einsatz im Front- oder Seitenzahnbereich geeignet wäre, ist neben
dem statischen Belastungstest somit eine Simulation der Kaubelastungen und
des Mundmilieus über einen möglichst langen Zeitraum sinnvoll.
Auch die Langzeitlagerung in Wasser und thermische Wechsellast sind anerkannte Methoden, um Alterungsprozesse und intraorale Belastungen nachzuahmen. Einige Studien, die Thermocycling und/oder Langzeitlagerung in Wasser anwandten, konnten signifikante Unterschiede zwischen gealterten und
nicht gealterten Probekörpern aus Vollkeramik feststellen.
Fechtig [26] untersuchte vollkeramische Adhäsivbrücken nach Simulation
mundähnlicher Verhältnisse und beobachtete eine Abnahme der Brückenstabilität infolge Wasserlagerung und Thermocycling in vitro.
Geis-Gerstorfer et al. [33] untersuchten IPS-Empress- und In-CeramProbekörper, die sechs Monate lang in 37 °C temperiertem destillierten Wasser
14
Einleitung und Literaturübersicht
lagerten, um Anzeichen für Spannungsrisskorrosion zu ermitteln. Von der statischen Ermüdung einer Keramik wird generell angenommen, dass sie einer
spannungsabhängigen chemischen Reaktion zwischen Wasserdampf und
Oberflächendefekten im Material zuzuordnen ist. Als Folge davon wird ein von
Defekten ausgehendes Risswachstum verursacht, das eine kritische Größe
erreichen kann, so dass es zum spontanen Bruch kommt, ohne die Probe
maximal belastet zu haben [48].
Diese erhöhte Anfälligkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion könnte das
Resultat einer erhöhten Hydroxyionenkonzentration (von der chemischen
Reaktion zwischen Wasser und Glas) in den Rissspitzen sein [33]. Wiederhorn
konnte
zeigen,
dass
die
Rissgeschwindigkeit
mit
zunehmender
Hydroxyionenkonzentration zunimmt [128].
1.10
Kaukräfte
Es gibt zahlreiche Untersuchungen über Kaukraftmessungen. Ludwig untersuchte mit induktiven Kaukraftnehmern die Absolutkraft des Kauorgans. Dabei
schwankten die Kraftwerte im distalen Molarenbereich zwischen 441 N und
736 N (bei unilateraler punktförmiger Krafteinleitung an vitalen Zähnen). An
marktoten Zähnen wurden Höchstbelastungswerte von 834 N-1080 N gemessen [63]. Dagegen gibt Gerlach [37] nach seinen Messungen im vollbezahnten
natürlichen Gebiss für den Frontzahnbereich nur Belastungswerte zwischen
80 N und 310 N an. Im Molarenbereich liegen die Belastungswerte mit 250 N
bis 649 N hingegen deutlich höher. Im Seitenzahnbereich nehmen die Kaufkräfte nach posterior zu, womit auch die funktionellen Anforderungen an Seitenzahnbrücken im Vergleich zu Frontzahnbrücken steigen. Schwickerath fordert
unter Berücksichtigung der möglichen Kaukräfte in der Mundhöhle für Frontzahnersatz direkt nach der Herstellung eine Belastbarkeit von mindestens
400 N und für Seitenzahnersatz mindestens 600 N [103].
Körber und Ludwig ermittelten in einer Literaturrecherche eine „mittlere maximale Kaukraft“ von etwa 300 N [55]. Tinschert et al. fordern einen Sicherheitsaufschlag von 200 N auf diesen Wert. Da Materialermüdung und unterkritisches
Risswachstum zu einer Verringerung der Festigkeit in Keramiken führen, sollten
15
Einleitung und Literaturübersicht
nach Tinschert et al. [115] vollkeramische Restaurationen eine Anfangsbelastbarkeit von 1000 N erreichen.
1.11
Bruchgefährdete Bereiche einer Brückenrestauration
Bei Belastungsuntersuchungen an Brücken, die mit beweglichen Pfeilerzähnen
durchgeführt werden, bilden sich im Verbindungsbereich zwischen Pfeiler und
Zwischenglied neben starken Biegemomenten auch Scherspannungen aus, die
bei einer starren Lagerung der Ankerzähne nur in abgeschwächter Form auftreten.
Naheliegend ist der Gedanke, besonders bruchgefährdete Zonen einer keramischen Restauration, z.B. den Übergang zwischen Ankerkrone und Zwischenglied einer Brücke, voluminöser zu gestalten [122]. Dieses bedeutet aber nur
unter gewissen Bedingungen eine Steigerung der Belastbarkeit. Voraussetzung
dafür ist auf jeden Fall, dass sich die Volumenzunahme im Sinne der Spannungsreduktion in diesem Übergang auswirkt. Wäre die Volumenzunahme in
ihrer Geometrie so beschaffen, dass sich nur eine geringfügige Spannungsreduktion ergibt, so könnte durch den folgenden Effekt die Volumenzunahme
sogar eine Verringerung der Belastbarkeit bewirken. Nach Tinschert et al. [112]
nimmt nämlich die statische Festigkeit spröder Materialien im Prinzip mit zunehmendem Volumen ab und zwar um so stärker, je kleiner der Weibull-Modul
m ist, denn mit zunehmender Bauteilgröße steigt die Wahrscheinlichkeit, an
kritischen Stellen Fehlerstellen in die Keramik einzubringen, die wiederum
Ausgangspunkte für Risse sein können.
16
Einleitung und Literaturübersicht
1.12
Übersicht über bisherige Untersuchungen an
vollkeramischen Brückenkonstruktionen
1.12.1 In-vitro-Untersuchungen
In der Literatur zu vollkeramischen Zahnersatzmaterialien werden sowohl experimentelle als auch klinische Untersuchungen beschrieben. In den In-vitroStudien befassten sich die Autoren hauptsächlich mit der Untersuchung der
physikalischen Eigenschaften vollkeramischer Materialien, um davon die Indikationsgebiete ableiten zu können. In Laborversuchen wurden physikalische
Eigenschaften wie Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul untersucht. In ersten Versuchen an dreigliedrigen Brücken aus
konventioneller Vollkeramik wurden Bruchlasten zwischen 200 N und 400 N
erzielt [5, 13, 22, 61, 103] . Demgegenüber konnte Baum [5] bei einer Untersuchung an dreigliedrigen Brücken aus der damals neu entwickelten Infiltrationskeramik In-Ceram eine Steigerung der Belastbarkeit um mehr als das Dreifache
feststellen. In der Untersuchung von Baum wurden die Brücken auf einem
starren Prüfmodell statisch bis zum Bruch belastet. Kappert et al. konnten
zeigen, dass die Bruchfestigkeit einer vollkeramischen Brückenkonstruktion von
der Beweglichkeit der Pfeilerzähne abhängig ist. Es wurden bei starrer Lagerung dreigliedriger In-Ceram-Brücken Bruchlasten von 2225 N gemessen,
während bei resilienter Lagerung nur Bruchlasten von 910 N erreicht wurden
[50]. Die Autoren simulierten die physiologische Pfeilerresilienz durch Ummantelung der Wurzelanteile der Metallpfeilerzähne mit elastischen Gummiringen
und Einbettung in PMMA-Kunststoff. Kappert et al. untersuchten außerdem das
Festigkeitsverhalten verblendeter In-Ceram-Brücken bei mechanischer und
thermischer Wechsellast im Kunstspeichel mit 10.000 Belastungszyklen zwischen 5 °C, 37 °C und 55 °C. Dabei reduzierte sich die Festigkeit um 10-15 %.
Die mechanische Wechselbelastung erfolgte für 105 Zyklen bei 0,3 Hz mit
„submaximaler“ Belastung von 50 N bis 100 N.
In Ihren Untersuchungen an dreigliedrigen Brücken aus In-Ceram mit starrer
und resilienter Pfeilerlagerung erhielten Scharnagl [99] und Grebe [39] ebenfalls deutlich niedrigere Bruchlasten für die Brücken mit resilienter Lagerung.
17
Einleitung und Literaturübersicht
Die Ergebnisse der Untersuchung von Scharnagl [99] zeigten Bruchlasten von
848 N für die starr gelagerten Brücken und 334 N für die resilient gelagerten
Brücken. Grebe [39] erzielte in seiner Untersuchung Bruchlasten von 1286 N
für die Brücken bei starrer Lagerung und 899 N bei beweglicher Pfeilerlagerung.
Pauli [79] griff den Versuchsaufbau von Kappert et al. [50] wieder auf. Er unterzog die dreigliedrigen In-Ceram-Brücken aber einer künstlichen Alterung durch
Lagerung im Kunstspeichel und Thermocycling. Die künstlich gealterten
Brücken erlangten bei starrer Lagerung Bruchlasten von 1276 N und bei
resilienter Lagerung 930 N [79] Tinschert et al. [119] untersuchten dreigliedrige
Brücken zum Ersatz des Zahnes 16 aus In-Ceram-Alumina, IPS-Empress und
Zirkoniumdioxid, hergestellt nach dem DCS-System (DCS Production AG,
Allschwil/ Schweiz), auf ihre statische Belastbarkeit. Bei starrer Lagerung und
konventioneller Zementierung erreichten die Brücken aus In-Ceram Alumina
mittlere Bruchlasten von 827 N, die IPS-Empress-Brücken erreichten 481 N und
die Zirkoniumdioxidbrücken 2289 N. Unter der Annahme, dass eine Anfangsbelastbarkeit von 1000 N für Brücken im Seitenzahnbereich hinreichend hoch ist,
erschien es den Autoren möglich, dreigliedrige Seitenzahnbrücken aus Zirkoniumdioxid einzusetzen, wohingegen die Festigkeitseigenschaften der Keramiken
In-Ceram-Alumina und IPS-Empress für diesen Verwendungszweck nicht ausreichen.
In einer weiteren Studie von Tinschert et al. wurden bei gleichem Versuchsaufbau drei andere Vollkeramiksysteme untersucht: IPS-Empress 2, In-CeramZirkonia und DC-Zirkon. Bei dieser Untersuchung wurden mittlere Bruchlasten
von 1332 N für Brücken aus Empress 2, 1692 N für Brücken aus In-CeramZirkonia und 2289 N für Brücken aus DC-Zirkon ermittelt. Bei diesen Vollkeramiksystemen besteht nach Aussage der Autoren genügend hohe Festigkeit
für den Einsatz von Brücken im Seitenzahnbereich. Bei Empress 2 wurde jedoch auf den vom Hersteller empfohlenen Indikationsbereich (bis zum zweiten
Prämolaren) verwiesen [117].
Lüthy et al. [65] führten an unverblendeten viergliedrigen Brückengerüsten aus
Empress 2, In-Ceram Zirconia und der Zirkoniumdioxidkeramik Cercon Bruchbelastungstests durch. Die Brückengerüste wurden mit einer Konnektorstärke
von 7,3 mm2 ausgestattet. Die Brücken wurden nicht auf die resilient gelagerten
18
Einleitung und Literaturübersicht
Pfeilerstümpfe zementiert. Die Empress 2-Brückengerüste erreichten hierbei
mittlere Bruchlasten von 282 N, die In-Ceram Zirconia-Brückengerüste lagen
dagegen mit 518 N deutlich höher und die Cercon-Brückengerüste erreichten
mit 755 N die höchste mittlere Bruchlasten in dieser Untersuchung. Die Autoren
kamen zu dem Ergebnis, dass weder Empress 2 noch In-Ceram Zirconia für
den Einsatz viergliedriger Brücken geeignet ist. Cercon hingegen hat bei statischer Belastung bis 880 N eine 97 %-ige Überlebenswahrscheinlichkeit.
Tinschert et al. [119] untersuchten drei-, vier- und fünfgliedrige unverblendete
und verblendete Brücken aus Empress 2, In-Ceram Zirconia und DC-Zirkon auf
einem starren Modell. Für die dreigliedrigen verblendeten Brücken aus
Empress 2 erhielten sie Bruchlasten von 1332 N, aus In-Ceram-Zirconia 1692 N
und aus DC-Zirkon 2289 N. Die verblendeten viergliedrigen Brücken aus DCZirkon erlangten mittlere Bruchlastwerte von 1607 N und die fünfgliedrigen
Brücken aus DC-Zirkon erreichten 1262 N.
1.12.2 Klinische Langzeiterfahrungen
Das konventionelle Zementieren vollkeramischer Kronen mit einem Hartkerngerüst ist für den Front- und Seitenzahnbereich wissenschaftlich anerkannt [85].
Von Steyern [122] untersuchte in vivo 20 konventionell zementierte dreigliedrige Seitenzahnbrücken aus der glasinfiltrierten Vollkeramik In-Ceram
(Vita, Bad Säckingen) über einen Beobachtungszeitraum von fünf Jahren. Zwei
der Brücken frakturierten. Außerdem untersuchten von Steyern et al. [123]
zwanzig konventionell zementierte drei- bis fünfgliedrige Brücken aus der Vollkeramik DC-Zirkon (DCS Dental AG, Allschwil, Schweiz) über einen Zeitraum
von zwei Jahren. Drei der Brücken zeigten Bruchstellen.
In einer prospektiven klinischen Langzeitstudie untersuchten Bornemann et al.
[8] konventionell zementierte drei- und viergliedrige Seitenzahnbrücken aus der
Zirkoniumdioxidkeramik Cercon (Degudent, Hanau) über einen Zeitraum von
zwei Jahren. Von 73 Brücken zeigten zwei Brücken Frakturen in der Verblendkeramik. Die Gerüstkeramiken zeigten keine Frakturen. Rinke [90] untersuchte
19
Einleitung und Literaturübersicht
26 konventionell zementierte vollkeramische Extensionsbrücken aus Cercon
über einen Zeitraum von 1022 (± 224) Tagen. Es traten keine Gerüstfrakturen
auf. An einer Brückenkonstruktion gab es eine geringe Abplatzung an der Verblendkeramik. Sturzenegger et al. [111] untersuchten dreigliedrige vollkeramische Seitenzahnbrücken, die nach dem DCM-System hergestellt
wurden. Nach einem Jahr Tragezeit wurden keine Frakturen an Verblendung
und Gerüstkeramik festgestellt. Tinschert et al. [116] untersuchten drei- und
mehrgliedrige Brücken im Front- und Seitenzahnbereich mit einem Gerüst aus
der Zirkoniumdioxidkeramik DC-Zirkon über einen mittleren Zeitraum von
ca. drei Jahren. Die Frontzahnbrücken wurden adhäsiv und die Seitenzahnbrücken konventionell zementiert. Es wurden keine Frakturen der Gerüstkeramik festgestellt. Es traten in vier von 65 Fällen Abplatzungen der Verblendkeramik an den Seitenzahnbrücken auf.
Brauner [9] untersuchte in einer klinischen Studie dreigliedrige Front- und Seitenzahnbrücken aus Empress 2 über einen Zeitraum von 43 Monaten. Bei den
Brücken, die außerhalb des empfohlenen Indikationsbereiches lagen, sich also
weiter als bis zum ersten Prämolaren nach distal erstreckten oder mehr als
dreigliedrig waren, stellte sich eine Verlustquote von 36 % ein. Bei den Brücken,
die innerhalb des Indikationsbereiches lagen, traten keine Frakturen auf.
20
Einleitung und Literaturübersicht
1.13
Anforderungen an vollkeramische Brücken
Die Diskussion um die Biokompatibilität von Kronen und Brücken mit Metallgerüst und von Füllungen aus Amalgam bzw. Kunststoffen hat zu einer intensiven Forschung in Bezug auf Alternativen geführt. Ästhetische Restaurationen
aus biokompatibler Keramik sind eine sehr wichtige Entwicklung für den
adäquaten Ersatz verlorengegangener Zahnhartsubstanz. Vollkeramische
Materialien müssen für den Einsatz in der Mundhöhle über entsprechend hohe
mechanische Stabilität verfügen, die auch unter den korrosiven Bedingungen
des Mundmilieus Bestand hat. Die vollkeramischen Materialien sollten über
genügend Festigkeit verfügen, so dass eine konventionelle Befestigung im
Munde möglich ist.
Neben der Dauerfestigkeit und den ästhetischen Aspekten müssen vollkeramische Restaurationen eine gute Passgenauigkeit aufweisen. Daneben ist
eine leichte Verarbeitbarkeit im zahntechnischen Labor wünschenswert.
Der wichtigste Aspekt bei der Beurteilung von Restaurationen aus neuen Vollkeramiken ist jedoch die Frage nach der Langzeitstabilität, die ganz wesentlich
von den Faktoren des unterkritischen Risswachstums und der Spannungsrisskorrosion bestimmt wird.
21
Einleitung und Literaturübersicht
2 Problemstellung
Bisher konnte in In-vitro-Studien gezeigt werden, dass das Indikationsspektrum
für Restaurationen, die Zirkoniumdioxid als Gerüstwerkstoff verwenden, aufgrund der hohen Bruchfestigkeit auf dreigliedrige Brücken im Seitenzahnbereich
erweitert werden kann [28, 94]. In-vitro-Studien, in denen die Bruchlast viergliedriger Seitenzahnbrücken aus Vollkeramik in repräsentativer Anzahl untersucht wurden, liegen in der Literatur bisher nicht vor.
In dieser In-vitro-Studie sollen viergliedrige Seitenzahnbrücken aus zwei verschiedenen Vollkeramiksystemen auf ihre Bruchfestigkeit untersucht werden.
Als Vertreter eines konventionellen Vollkeramiksystems wird das am Markt
etablierte System Empress 2 der Firma Ivoclar (Schaan/FL) betrachtet. Als
Vertreter einer Hochleistungskeramik auf Zirkoniumdioxidbasis wird das LavaVollkeramiksystem der Firma 3M Espe (Seefeld) verwendet.
Es soll außerdem der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung
am Brückengerüst, sowie die künstliche Alterung durch Wasserlagerung und
thermomechanische Wechselbelastung auf die Bruchfestigkeit analysiert werden.
Mit den ermittelten Ergebnissen hinsichtlich der Bruchlasten soll versucht
werden, eine Aussage über den Einsatz viergliedriger Brücken aus Zirkoniumdioxid im Seitenzahnbereich abzuleiten.
Aus den Ergebnissen der Kombination von künstlichen Alterung und definierter
mechanische Vorschädigung soll versucht werden, Rückschlüsse auf die Auswirkung eines Bearbeitungsfehlers bei der Herstellung der Restaurationen zu
ziehen.
22
Material und Methode
3 Material und Methode
3.1
Übersicht
In dieser In-vitro-Studie sollten viergliedrige Seitenzahnbrücken aus zwei verschiedenen Vollkeramiken auf ihre Bruchlast hin untersucht werden. Außerdem
sollte der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung am Brückengerüst sowie der Einfluss einer künstlichen Alterung mittels Wasserlagerung
und thermomechanischer Wechselbelastung auf die Bruchlastwerte analysiert
werden.
Der Studienverlauf ist in der Abbildung 1 schematisch dargestellt. Ein Oberkiefermodell aus Kunststoff diente als Urmodell (Frasaco-Modell A-3T OK 119).
Von diesem Urmodell wurden 60 partielle Abformungen mit individuellen Löffeln
genommen. Davon wurden 40 Abformungen zur Herstellung von PindexSägemodellen für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste verwendet.
20 Abformungen dienten zur Erstellung der Modelle für die 40 Brückengerüste
aus Lava. Es wurden von jedem der beiden Vollkeramiksysteme 40 viergliedrige Brückengerüste auf den Pfeilerzähnen 24 und 27 hergestellt. Die
Brückengerüste jedes Vollkeramiksystems wurden nach ihrer Herstellung
randomisiert auf vier Gruppen zu jeweils zehn Stück verteilt. An jeweils 20
Brückengerüsten beider Materialien wurde vor dem Verblenden eine definierte
mechanische Vorschädigung durch einen 30 µm tiefen und 180 µm breiten Ritz
basal zwischen den Brückengliedern 25 und 26 vorgenommen. Alle Gerüste
wurden mit den systemeigenen Verblendkeramiken verblendet. Die fertigen
Brücken wurden mit einem Glasionomerzement auf resilient gelagerte Kunststoffstümpfe zementiert, sodass jede zementierte Brücke ein einzelnes Prüfmodell darstellte. Die vier Gruppen unterschieden sich in der Vorschädigung und
der künstlichen Alterung auf folgende Weise:
23
Material und Methode
Gruppe A: Je zehn Brücken pro Material blieben ohne definierte Vorschädigung, ohne thermomechanische Wechselbelastung und ohne Wasserlagerung. Diese dienten als Kontrollgruppen und wurden direkt nach der Herstellung bis zum Bruch belastet.
Gruppe B: Je zehn Brücken pro Material mit definierter Vorschädigung
aber ohne thermomechanische Wechselbelastung und ohne Wasserlagerung
wurden bis zum Bruch belastet.
Gruppe C: Je zehn Brücken pro Material blieben ohne definierte Vorschädigung wurden aber thermisch (20.000 Zyklen 5 °C/55 °C) und mechanisch
wechselbelastet (106 Zyklen mit einer Schwellast von 100 N) sowie 220 Tage in
36 °C temperiertem Wasser gelagert. Danach erfolgte die Belastung bis zum
Bruch.
Gruppe D: Je zehn Brücken pro Material wurden definiert vorgeschädigt,
thermisch (20.000 Zyklen 5 °C/55 °C) und mechanisch (106 Zyklen mit einer
Schwellast von 100 N) wechselbelastet, sowie 220 Tage in 36 °C temperiertem
Wasser gelagert. Danach erfolgte die Belastung bis zum Bruch.
Alle Brücken wurden in einer Universalprüfmaschine (Typ 20K, Fa. UTS-Testsysteme, Ulm) bis zum Bruch belastet. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe des
Programms SPSS- 11 für Windows statistisch ausgewertet.
24
Material und Methode
Urmodell
Abb. 1:Schema Studienverlauf
Modellherstellung
40 Sägemodelle für
Empress 2-Brücken
Modellherstellung 20
ungesägte Modelle für
Lava Brücken
60 Abformungen
Herstellung von Brückengerüsten
aus Empress 2 (n=40)
ohne Vorschädigung
(n=20)
Herstellung von Brückengerüsten
aus Lava (n=40)
Definierte mechanische
Vorschädigung (n=20)
ohne Vorschädigung
(n=20)
Verblendung und Zementierung der Brückengerüste (n=40)
Gr.A ohne
Vorschädigung (n=10)
Gr.B mit
Vorschädigung (n=10)
Gr.C ohne
Vorschädigung (n=10)
Gr.D mit
Vorschädigung (n=10)
Mechan.- u. therm.
Wechselbelastung,
220 Tage Wasserlagerung 36°C
Definierte mechanische
Vorschädigung (n=20)
Verblendung und Zementierung der Brückengerüste (n=40)
Gr.A ohne
Vorschädigung (n=10)
Gr.B mit
Vorschädigung (n=10)
Gr.C ohne
Vorschädigung (n=10)
Gr.D mit
Vorschädigung (n=10)
Mechan.- und therm.
Wechselbelastung,
220 Tage Wasserlagerung 36°C
Bruchbelastungstest
Bruchbelastungstest
25
Material und Methode
3.2
Urmodell
Als Urmodell diente ein Oberkiefermodell aus Kunststoff (A-3T OK 119, Fa. Frasaco,
Tettnang). Die Zähne 24 und 27 wurden als Brückenpfeiler ausgewählt und durch
eine zirkuläre Hohlkehlpräparation für die Aufnahme einer viergliedrigen Vollkeramikbrücke vorbereitet (Abb.2 a+b). Unter Beachtung einer gemeinsamen Einschubrichtung wurden die Pfeilerzähne an der zahnärztlichen Einheit mit dem roten Winkelstück unter Wasserkühlung präpariert. Als Präparationsinstrumente wurden diamantierte Schleifkörper mit abgerundeten Kanten verwendet. Es wurde eine 1,0 mm
breite zirkuläre Hohlkehle angelegt und okklusal wurden die Zähne um 1,5 mm reduziert. Die okklusalen Kanten wurden mit einem Arkansasstein abgerundet.
Abb. 2a: Urmodell von okklusal
Abb. 2b:Urmodell von bukkal
3.3
Fertigung der Meistermodelle für die Herstellung der
Brückengerüste
3.3.1
Herstellung der individuellen Löffel
Das Urmodell wurde zunächst mit zwei Schichten rosa Plattenwachs der Stärke
1,25 mm an der abzuformenden Stelle ausgeblockt (Tab. 3). An fünf Stellen wurden
quadratische Aussparungen mit der Kantenlänge 3 mm in das Wachs geschnitten.
Diese ergaben später die sogenannten Stops. Diese Stops dienten dazu, bei der
Abformung ein Durchdrücken der Abformmasse zu verhindern und eine gleichmäßi26
Material und Methode
ge Materialstärke zu erzielen. Die Stops befanden sich mesial des Stumpfes 24,
distal des Stumpfes 27 sowie mittig zwischen den beiden Pfeilerzähnen. Zwei Stops
lagen palatinal, ca. 5 mm unterhalb des marginalen Zahnfleischsaumes. Für jede
Abformung wurde ein individueller Löffel hergestellt. Um diese individuellen Löffel
möglichst gleichförmig zu gestalten, wurde mittels Dublierung ein Silikonmodell des
ausgeblockten Urmodells hergestellt. Auf diesem Silikonmodell wurden alle Löffel
angefertigt.
Material
Plattenwachs
Silikonmodell (A- Silikon)
Löffelmaterial lichthärtend
Produktname
Panasil fast set
Palatray XL
Hersteller
Omni Dent/Rodgau
Kettenbach/Eschenburg
Heraeus Kulzer/Hanau
Tab. 3: Materialien zur Löffelherstellung
3.3.2
Abformung der Stümpfe des Urmodells
Zur Abformung der Stümpfe des Urmodells wurde Polyetherabformmaterial mit individuellen Löffeln verwendet (Abb. 3 a+b, Tab. 4). Die individuellen Löffel wurden 15
Minuten vor der Abformung auf der Innenseite mit Haftlack bestrichen. Das Abformmaterial wurde in einem Mischgerät angemischt und eine Einphasenabformung
durchgeführt. Dabei wurden die Stümpfe vor dem Aufbringen des mit Abformmasse
gefüllten individuellen Löffels mit dem gleichen Material umspritzt. Da die Wärme des
Mundmilieus fehlte, wurde die Verweildauer auf dem Urmodell verlängert. Nach
Herstellerangaben hat das verwendete Abformmaterial eine Mundverweildauer von
3,5 Minuten, bei einer Abbindezeit ab Mischbeginn von 6,0 Minuten. Nach zehn
Minuten wurde die Abformung vom Urmodell abgenommen und eine Rückstellphase
von zwei Stunden eingehalten, bevor die Modellherstellung erfolgte.
Es wurden 60 Abformungen vom Urmodell genommen. Jede Abformung wurde nur
einmal mit Gips ausgegossen.
27
Material und Methode
Abb.3 a: Abformung mit
individuellem Löffel
Material / Gerät
Abformmaterial
Haftlack
Abformmassemischgerät
Abb.3b: Abgeformte Stümpfe
Produktname
Impregum Penta H Duo soft
Polyether Adhäsiv
Pentamix 1
Hersteller
3M Espe/Seefeld
3 M Espe/Seefeld
3 M Espe/Seefeld
Tab. 4: Materialien und Geräte zur Abformung des Urmodells
3.3.3
Ausgießen der Abformungen
Nach Beendigung der zweistündigen Rückstellphase wurden die Abformungen mesial und distal mit Plattenwachs der Stärke 1,25 mm abgedämmt und danach unter
kaltem fließenden Wasser gespült. Überschüssiges Wasser wurde mit Druckluft
verblasen. Die Abformungen wurden mit einem Klasse-IV-Gips ausgegossen
(Tab. 5), der nach dem vom Hersteller vorgegebenen Mischungsverhältnis mit destilliertem Wasser angemischt wurde. Das Anmischen des Gipses erfolgte 60 Sekunden
lang unter Vakuum im Mischgerät. Das Befüllen der Abformungen erfolgte auf dem
Rüttler. Bis zum Entformen wurden 60 Minuten abgewartet. Die blasenfreien Meistermodelle wurden am Trimmgerät trocken getrimmt.
Material / Gerät
Plattenwachs
Klasse-IV-Gips
Gipsmischgerät
Rüttler
Trimmgerät
Produktname
Fujirock, weiß
Vacuret
Rüttler
Rotronic
Hersteller
Omni Dent/Rodgau
GC/Tokyo/Japan
Reitel/Bad Essen
Reitel/Bad Essen
Reitel/Bad Essen
Tab. 5: Materialien und Geräte zum Ausgießen der Abformungen
28
Material und Methode
3.3.4
Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Lava
Das Erfassen der Stumpfgeometrie erfolgte mit Hilfe eines lichtoptischen Abtastsystems. Um ein korrektes Abtasten zu ermöglichen, erhielten die Meistermodelle
(Abb. 4) eine scharfe Unterkehlung der Präparationsgrenzen. Dazu wurde ein Rosenbohrer (ISO H71104023, Fa. Brasseler, Lemgo) verwendet. Damit die Präparationsgrenzen nicht beschädigt wurden, erfolgte dieser Vorgang bei zehnfacher Vergrößerung unter dem Stereomikroskop (Fa. Eschenbach, Nürnberg). Es wurden
zwanzig Meistermodelle hergestellt. Auf jedem Modell wurden zwei Brückengerüste
angefertigt und aufgepasst.
Abb.4: Meistermodell für die Herstellung
der Lava-Brückengerüste
3.3.5
Vorbereitung der Meistermodelle für die Fertigung der
Brückengerüste aus Empress 2
Für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste wurden Sägemodelle benötigt.
Dazu war es notwendig, die 40 Meistermodelle noch weiter zu bearbeiten. Mit einer
Pinbohrmaschine (Tab. 6) wurden sechs Bohrlöcher für die Aufnahme von Pins basal
in die Gipsmodelle gesetzt. Jeweils zwei Bohrungen wurden unterhalb der Zahnstümpfe 24 und 27 sowie im Bereich zwischen den beiden Stümpfen platziert. In
diese Bohrungen wurden die 11 mm langen Pins mit Sekundenkleber eingeklebt.
Nach Erhärten des Klebers wurden die Pinhülsen auf die Pins gesteckt und das
Gipsmodell wurde von basal gegen Gips isoliert. Gesockelt wurden diese vorbereiteten Modelle mit einem dünnflüssigen Klasse-IV-Sockelgips, der nach dem vom Hersteller vorgegebenen Mischungsverhältnis mit destilliertem Wasser angemischt
29
Material und Methode
wurde. Das Anmischen des Gipses erfolgte 60 Sekunden lang unter Vakuum im
Mischgerät. Nach Aushärten des Gipses wurden die Gipsüberschüsse am Trimmgerät trocken abgetrimmt. Mit einer diamantierten Trennscheibe wurde jeweils ein
Sägeschnitt distal des Zahnstumpfes 24 und mesial des Zahnstumpfes 27 angelegt
(Abb. 5). Die Stümpfe wurden mit einer Schicht Distanzlack bestrichen, wobei die
Lackierung 1 mm vor der Präparationsgrenze endete. Die Präparationsgrenze wurde
mit einem Markierstift kenntlich gemacht.
Abb. 5: Sägemodell für die Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
Material / Gerät
Pinbohrmaschine
Pins, rund
Gips-gegen-Gips-Isolierung
Klasse-IV-Sockelgips
Gipsmischgerät
Trimmgerät
Trennscheibe diamantiert
Distanzlack silber
Markierstift
Tab. 6:
Produktname
Pindex Gerät
Pindex Pins
Super-Sep
Suppensockler blau
Vacuret
Rotronic
ISO H333C300
Vernax-S
Buntstift blau
Hersteller
Coltène Whaledent/USA
Coltène Whaledent/USA
Kerr/Karlsruhe
Shera/Lemförde
Reitel/Bad Essen
Reitel/Bad Essen
Horico/Berlin
Hager&Werken/Duisburg
Pentel/Japan
Materialien und Geräte zur Meistermodellherstellung für die
Empress 2-Brücken
30
Material und Methode
3.4
Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
3.4.1
Gerüstmodellation
Die Gipsstümpfe des Meistermodells wurden mit Gips-gegen-Wachs-Isolierung
(siehe Tab. 7) dünn bestrichen und der Überschuss wurde mit Druckluft verblasen.
Anschließend wurden die Stümpfe im Wachstauchgerät zweimal in 87 °C warmes,
flüssiges Wachs getaucht. Der Wachsüberschuss wurde an der Präparationsgrenze
zunächst mit einer spitzen Skalpellklinge abgeschnitten. Damit die Ankerkronen der
Brücken einen guten Randschluss erhielten, wurden dann die Ränder mit der gleichen Sorte Gusswachs mit einem elektrischen Wachsmesser unter Betrachtung
durch ein Stereomikroskop bei zehnfacher Vergrößerung exakt nachmodelliert. Das
Wachskäppchen wurde mit einem Tasterzirkel entgegen Herstellerangaben auf
gleichmäßige Schichtstärke von 0,7 mm überprüft, um eine Vergleichbarkeit mit den
Lava-Brücken zu gewährleisten. Für die Vervielfältigung der Brückenzwischenglieder
wurde eine Silikonform verwendet, in die tropfenweise Modellierwachs eingebracht
wurde. Mit Hilfe eines Silikonschlüssels konnten die fertiggestellten Brückenglieder
immer gleichartig zwischen den Brückenankern festgewachst werden. Dabei wurde
darauf geachtet, dass die Stärken der Konnektoren in bukko-palatinaler Richtung
5,0 mm und in okkluso-zervikaler Richtung 3,0 mm betrugen. An die Brückenmodellation wurden zwei Presskanäle aus Wachs mit einem Durchmesser von 3,0 mm und
einer Länge von 8,0 mm angebracht. Es wurde ein Presskanal am Brückenglied 25
und ein zweiter am Brückenanker 27 jeweils von vestibulär angebracht (Abb. 6a). Die
Brückenmodellation wurde auf den Sockelformer für die 200-g-Muffel gewachst
(Abb. 6 b), anschließend wurde eine Papiermanschette mit Stabilisierungsring angelegt.
Abb. 6 a: Modelliertes Empress 2Brückengerüst auf dem
Meistermodell
Abb. 6 b: Zur Einbettung angestiftete
Brückenmodellation auf
dem Sockelformer
31
Material und Methode
Material/Gerät
Gips-gegen-Wachs-Isolierung
Wachstauchgerät
Tauchwachs
elektrisches Wachsmesser
Silikon
Modellierwachs grau
Wachs für Presskanäle
Produktname
Die Lube
Hotty II
Flexi-Dip orange
Wax-tip
Platinum
Pro-mod VKS
Sticky sticks
Hersteller
Dentaurum/Ispringen
Renfert/
Al dente/Meckenbeuren
Degudent/Hanau
Zhermack/Rovigo/Italien
Al dente/Meckenbeuren
Al dente/Meckenbeuren
Tab.7: Materialien und Geräte für die Modellation der Empress 2-Brückengerüste
3.4.2
Einbettung der Gerüstmodellation
Die Einbettung erfolgte mit der systemeigenen Speed-Einbettmasse. Entgegen der
Herstellerempfehlung wurde auf Grund von Erfahrungen aus Vorversuchen eine
Konzentration der Anmischflüssigkeit von 40 % gewählt. Es wurden 21,5 ml spezieller Anmischflüssigkeit auf 32,5 ml destilliertes Wasser gegeben und mit 200 g Pulver
ca. zehn Sekunden manuell durchgespatelt. Das Anmischen der Einbettmasse erfolgte drei Minuten unter Vakuum. Die Einbettmasse wurde auf einem Rüttler in die
Muffel (Abb.7a+b) eingefüllt und danach für 35 Minuten ruhig stehen gelassen.
Abb.7a: Muffelzubehör
Material/Gerät
Einbettmasse
Spezielle Anmischflüssigkeit
Vakuumanrührgerät
Rüttler
Tab. 8:
Abb.7b: Brückenmodellation
in der Muffel
Produktname
Speed-Einbettmasse für
Empress 2
Spezialfluid
Varcuret-S
Rüttler
Hersteller
Ivoclar/Schaan/FL
Ivoclar/Schaan/FL
Reitel/Bad Essen
Reitel/Bad Essen
Materialien und Geräte für die Einbettung der modellierten
Empress 2-Brückengerüste
32
Material und Methode
3.4.3
Vorwärmen der Muffeln und Pressen der Empress 2Brückengerüste
Die Muffel und der für das Pressen benötigte Al2O3-Kolben wurden in den auf 850 °C
vorgeheizten Vorwärmofen gestellt (Tab. 9a, Abb. 8a). Nach einem 60-minütigen
Vorwärmvorgang wurde der Pressvorgang eingeleitet, der im zuvor kalibrierten
Pressofen (Abb. 8 b) mit den in Tabelle 9 b aufgeführten Pressparametern durchgeführt wurde. Für den Pressvorgang wurde pro Muffel ein großer Kernmasse-Rohling
(siehe Tab. 9a) kalt in den Presskanal der heißen Muffel gelegt. Mit dem auf 850 °C
vorgeheizten Al2O3-Kolben (Abb. 8c) wurde die beim Pressvorgang plastifizierte
Keramikmasse mit definiertem Druck in den Hohlraum gepresst.
Material/Gerät
Al2O3-Kolben
Vorwärmofen
Pressofen
Kernmasse Rohling
Produktname
Presskolben
M3
EP 600
Rohling für Schichttechnik 200
Hersteller
Ivoclar/Schaan/FL
MIHM-Vogt/Karlsruhe
Ivoclar/Schaan/FL
Ivoclar/Schaan/FL
Tab.9 a: Materialien und Geräte für das Vorwärmen und Pressen der
Empress 2-Brückengerüste
Presskolben
Muffel
Abb. 8 a:
Muffel und Presskolben
Abb. 8 b:
Pressofen
im Vorwärmofen
33
Abb. 8 c:
Muffel im Pressofen
Material und Methode
Bereitschaftstemperatur bei Programmstart
Aufheizrate in °C/min
Temperatur beim Pressvorgang
Haltezeit
Temperaturbereich unter Vakuum
Nachpresszeit
Druck
700 °C
60 °C
920 °C
20 min
500 °C bis 920 °C
0
5 bar
Tab. 9 b : Pressparameter
3.4.4
Ausbetten und Ausarbeiten der Empress-2-Brückengerüste
Die erkaltete Muffel wurde gemäß der Verarbeitungsanleitung ausgebettet [47]. Nach
dem Ausbetten wurden die Brückengerüste zur Entfernung der Reaktionsschicht
(Abb. 9a) für ca. zehn Minuten in ein Ultraschallbad mit spezieller Reinigungsflüssigkeit (Flusssäuregehalt < 1%) gelegt. Nach Abspülen unter fließendem
Wasser und Lufttrocknung wurden die Reste der Reaktionsschicht durch Sandstrahlen mit Aluminiumoxid der Korngröße 100 µm bei 1 bar Druck entfernt.
Abb.9 a: Empress 2-Brückengerüst mit Reaktionsschicht nach dem Ausbetten
Das Abtrennen der Presskanäle erfolgte zunächst mit einer diamantbeschichteten
Trennscheibe bei einer Drehzahl von 20.000 min-1 unter Wasserkühlung (Abb. 9b).
Danach wurden die Trennstellen mit Karborundumsteinen ebenfalls unter Wasserkühlung versäubert.
Vor dem Aufpassen der Brückengerüste auf die Meistermodelle (Abb. 9c) wurde der
Distanzlack auf den Gipsstümpfen mit Aceton und Watte entfernt. Geringe Störstellen wie kleine Positivbläschen oder Unebenheiten wurden mit einer roten Markie34
Material und Methode
rungspaste aufgezeigt und unter Wasserkühlung mit einem feinen Diamanten an der
Turbine (Tab. 10) entfernt.
Die Schleifvorgänge an den Brückengerüsten wurden auf das Notwendigste reduziert
und stets unter Wasserkühlung („nasses Schleifen“) durchgeführt, um die für den
Werkstoff schädigende Hitzeeinwirkung zu vermeiden. Die Passungskontrolle an den
Kronenrändern erfolgte bei zehnfacher Vergrößerung unter dem Stereomikroskop.
Die Gerüste wurden abschließend mit 100 µm Aluminiumoxid bei 1 bar Druck sandgestrahlt.
Material/Gerät
Ultraschallgerät
Reinigungsflüssigkeit
Diamantierte Schleifscheibe
Karborundumsteine
Turbine
Stereomikroskop
Produktname
Sonorex super RK 102 H
Invex Liquid
ISO H350220
Dura-Green-Steine
STS 890
Hersteller
Bandelin/Berlin
Ivoclar/Schaan/FL
Horico/Berlin
Shofu/Ratingen
Bien-Air/Bienne/Schweiz
Eschenbach/Nürnberg
Tab.10: Materialien und Geräte zum Ausbetten und Ausarbeiten der
Empress 2-Brückengerüste
Abb. 9 b:
Abtrennen der Presskanäle
am Empress 2-Brückengerüst
unter Wasserkühlung
Abb. 9 c
Auf das Modell aufgepasstes
Empress 2-Brückengerüst
35
Material und Methode
3.5
Herstellung der Lava-Brückengerüste
Die Herstellung der Lava-Brückengerüste erfolgte auf speziell vorbereiteten ungesägten Modellen aus Klasse-IV-Gips (Fujirock weiß, Fa. GC, Tokyo, Japan) bei der
Firma 3M ESPE. Dort wurden pro Modell zwei Brückengerüste gefertigt (Abb. 10e).
Die Herstellung der Lava-Brückengerüste erfolgte im CAD/CAM Verfahren. Die
Stümpfe und die Kieferkammanteile unterhalb der Brückenglieder wurden mehrfach
und von verschiedenen Seiten lichtoptisch mit einem Weisslichtscanner (Lava Scan)
detektiert und digitalisiert. Nach dem Scanvorgang erschien die Modellsituation
dreidimensional auf dem Bildschirm. Die Brückengerüste wurden danach mit Hilfe
der Software Lava-CAD am Computer konstruiert.
Abb. 10a: Fräseinheit (Lava Form)
Abb. 10b: Bedienteil zur Fräseinheit
36
Material und Methode
Die Wandstärke der Kronengerüste betrug 0,7 mm und lief zum Präparationsgrenzenbereich auf 0,3 mm zu. Die Verbinder der Lava-Brückengerüste wurden mit folgenden Querschnitten hergestellt:
Verbinder von Pfeiler 24 / Brückenglied 25 = 12,5 mm2 (b = 5,0 mm, h= 3,1 mm)
= 15,6 mm2 (b = 5,2 mm, h= 3,9 mm)
Verbinder der Brückenglieder 25 / 26
Verbinder von Brückenglied 26 / Pfeiler 27 = 11,6 mm2 (b = 5,2 mm, h= 2,9 mm).
Die Lava-Brückengerüste wurden aus industriell vorgesinterten Rohlingen, den
sogenannten Weißlingen, herausgefräst (Abb. 10c). Vor dem Einspannen in die
Fräseinheit (Lava Form) wurde der Barcode des Rohlings eingescannt. Dieser Barcode enthält Informationen über die spätere Sinterschrumpfung der jeweiligen
Rohlingcharge. Diese Schrumpfung wird durch entsprechende Größenzugabe bei
der Gerüstkonstruktion berücksichtigt, um ein passgenaues Gerüst zu erhalten.
Abb. 10c: Weißkörper während des
Fräsvorgangs
Abb. 10d: Ausgefräste Frontzahnbrücke
Nach dem Fräsvorgang ist das Gerüst noch über schmale Verbindungsstege mit
dem Rohling verbunden (Abb. 10d). Diese Stege wurden mit einem diamantierten
Schleifkörper durchtrennt und versäubert.
Vor dem endgültigen Sintervorgang wurden die gefrästen Gerüste durch Eintauchen
in spezielle Pigmentlösungen, entsprechend der vorgegeben Zahnfarbe, eingefärbt.
Der endgültige Sintervorgang, der dem Material die hohe Festigkeit verleiht, erfolgt
vollautomatisch bei ca. 1350 °C im Sinterofen (Lava Therm) und dauert inklusive
Aufheiz und Abkühlphase ca. 8 Stunden.
37
Material und Methode
Abb. 10e: Lava-Brückengerüst auf dem Meistermodell
3.6
Vorschädigen der Brückengerüste
Es wurden jeweils 20 Empress-2- und 20 Lava-Brückengerüste vor dem Verblenden
vorgeschädigt. Damit sollte untersucht werden, wie stark sich ein möglicher Verarbeitungsfehler am Gerüst auf die Bruchfestigkeit auswirkt. In einem Vorversuch wurde
die Größe einer solchen Vorschädigung auf folgende Weise ermittelt: An einer Materialprobe des Gerüstmaterials wurde mit einer rotierenden diamantierten Schleifscheibe, wie sie üblicherweise bei der Bearbeitung von Verblendungen in der Zahntechnik verwendet wird, ein Ritz angebracht. Eine ähnliche Schädigung des Gerüstes
kann auch durch den behandelnden Zahnarzt im Munde des Patienten entstehen, z.
B. wenn die Verblendung beim Einschleifen der okklusalen Kontakte unter Wasserkühlung durchgeschliffen wird und dabei das Gerüst beschädigt wird.
Die Vermessung der im Vorversuch erzeugten Vorschädigung unter dem koaxialen
Auflichtmikroskop (Typ Wild M3Z, Fa. Leica, Heerbrugg/Schweiz) ergab eine Tiefe
von ca. 30 µm und eine Breite von 180 µm.
Zum Erzeugen reproduzierbarer Vorschädigungen an den Prüfkörpern wurde eine
Innenlochsäge (Micoslice 2, Fa. Metals research/Cambridge/England)
verwendet.
Der Ritz wurde hierbei mit Hilfe einer diamantbesetzten rotierenden Scheibe unter
Wasserkühlung angelegt (Abb. 11).
38
Material und Methode
Abb.11: An der Innenlochsäge positioniertes Brückengerüst vor dem Anritzen
Die Prüfkörper erhielten die Vorschädigung im Bereich der Basalfläche zwischen den
Brückengliedern. An dieser Stelle treten bei okklusaler Belastung der Brücken starke
Zugspannungen auf, so dass durch eine Vorschädigung an dieser Stelle das frühzeitige Eintreten eines Bruches vermutet werden konnte. Die Brückengerüste wurden
mit Futar D Okklusion (Fa. Kettenbach/Eschenburg) auf einem Aufnahmeteller in der
Innenlochsäge Microslice 2 (Fa. Metals research/Cambridge/England) befestigt. Mit
einer definierten Anpresskraft von 0,3 N wurden die Brückengerüste für 15 Sekunden
bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 125 min-1 mit der wassergekühlten Diamantschleif-scheibe basal angeritzt (Abb. 11).
3.7
Herstellung einer Verblendform und eines Gegenbisses
Für die Verblendung der Brückengerüste wurde mittels Dublierung ein spezielles
Modell aus braunem Klasse-IV-Gips mit Kunststoffstümpfen (Tab. 12) hergestellt, auf
dem die Brücken zwischen den Bränden mit Hilfe von Silikonschlüsseln in ihren Dimensionen überprüft werden konnten (Abb. 12 a + b). Im Modellsockel wurden Aussparungen eingeschliffen, die zur definierten Anlage der Silikonschlüssel dienten. Ein
Brückengerüst mit idealisierter Gestaltung wurde fertig verblendet und diente dann
als Vorlage für die Herstellung der Silikonschlüssel. Diese fertige Brücke diente
ebenfalls als Vorlage für die Herstellung des Gegenbissmodells. Dazu wurde ein
ungesägtes Meistermodell in einen Artikulator (Tab. 11) einartikuliert, die fertig verblendete Brücke wurde darauf gesetzt und ein Gegenbiss wurde mit Modellierwachs
39
Material und Methode
modelliert. Dieser in Wachs modellierte Gegenbiss wurde mit Dubliersilikon abgeformt und mit Klasse-IV-Gips (weiß) ausgegossen. Mit Hilfe eines Durchbissregistrates wurde das Gegenbissmodell in den Artikulator eingegipst (Abb. 12 c). Durch
dieses Verfahren wurde sichergestellt, dass die Verblendung bei allen Brücken weitestgehend identisch gestaltet werden konnte.
Abb.12 a: Silikonschlüssel zur
zirkulären Dimensionsüberprüfung
Abb.12 b: Silikonschlüssel zur
vertikalen Dimensionsüberprüfung
Abb.12 c: Fertig verblendete Brücke mit
Gegenbiss im Artikulator
Material/Gerät
Klasse-IV-Gips
Kunststoffstumpfmaterial
Silikonschlüssel
Artikulator
Modellierwachs, grau
Doubliersilikon
Produktname
Fujirock, braun/ weiß
Alpha Die Top,
Platinum
Balance
Pro-mod VKS
Rema Sil
Hersteller
GC/Tokyo/Japan
Schütz/Rosbach
Zhermack/Rovigo/Italien
Hager & Werken/Duisburg
Al dente/Meckenbeuren
Dentaurum, Ispringen
Tab. 11: Materialien und Geräte zur Herstellung einer Verblendform und eines
Gegenbisses
40
Material und Methode
3.8
Verblenden der Brückengerüste
Vor der Verblendung wurden die Gerüste mit Dampfstrahlung 10 Sekunden lang gesäubert. Die Modelle wurden gegen das Anhaften der Verblendkeramik isoliert. Zur
Verblendung wurden für die Empress 2-Brückengerüste drei unterschiedliche Farbmassen der IPS Empress 2-Schichtkeramik verwendet: Dentin-, Schneide- und
Transparentmasse. Es wurde darauf geachtet, dass jede Brücke nur vier Brände
erhielt, nämlich Washbrand, erster Dentinbrand, zweiter Dentinbrand und Glasurbrand. Zur Verblendung der Lava-Brückengerüste wurden nur zwei Farbmassen der
Lava Schichtkeramik verwendet: Dentin- und Schneidemasse (Tab. 12 c). Die Keramikschichtung erfolgte bei beiden Systemen nach der üblichen Standardschichttechnik. Die Lava-Brücken wurden nur dreimal gebrannt: erster Dentinbrand, zweiter
Dentinbrand und Glanzbrand. Die Brandführungen sind in den Tabellen 12 a+b auf
der nächsten Seite dargestellt und erfolgten bei beiden Systemen entsprechend den
Empfehlungen der Hersteller. Jede Keramikschichtung wurde vor dem Brand in allen
Interdentalbereichen bis auf das Gerüst separiert (Abb. 13 a+b). Vor jedem weiteren
Auftragen von Verblendkeramikmasse bzw. Glasurmasse wurde die bereits bestehende Keramikschicht mit Aluminiumoxid (Körnung 100 µm) bei 1 bar Druck angeraut und 10 Sekunden mit Dampfstrahlung gesäubert.
Abb.13 a: Geschichtete Empress 2Brücke vor dem ersten Dentinbrand
von palatinal
Abb.13 b: Geschichtete Empress 2Brücke vor dem ersten Dentinbrand
von okklusal
41
Material und Methode
Nach dem ersten und zweiten Dentinbrand wurde jeweils die vertikale Höhe der
abgekühlten Brücke im Artikulator mit Okklusionspapier überprüft und mit diamantierten Schleifinstrumenten auf die vorher im Artikulator festgelegte Höhe eingeschliffen.
Als vorbereitende Maßnahme für die spätere Bruchtestung wurde darauf geachtet,
dass eine Stahlkugel mit 6,0 mm Durchmesser auf einer Unterlage aus 0,2 mm
starker Zinnfolie lagestabil okklusal mittig zwischen den Brückengliedern 25 und 26
aufliegt. Mit Hilfe der Silikonschlüssel wurde die Dimensionierung der Brücke in der
Horizontalen überprüft und durch Abtragen mit diamantierten Schleifkörpern bzw.
durch Auftragen weiterer Verblendkeramik bei der zweiten Schichtung korrigiert. Bei
der zweiten Verblendkeramikschicht wurde interdental nicht bis auf die Gerüstkeramik separiert. Die Empress 2-Brücken erhielten als abschließende Schicht eine
gleichmäßig dünn aufgetragene Mischung aus Glasurmasse mit Glasur- und Malfarbenfluid, die dann noch einmal gebrannt wurde. Die Lava-Brücken wurden ohne
Glasurmasse glanzgebrannt. Es wurden bei beiden Systemen keine Malfarben verwendet.
Material/Gerät
Dampfstrahlgerät
Keramik Isolierflüssigkeit
Keramikbrennofen
Produktname
Supersteam
D Sign
Austromat 3001
Hersteller
Reitel/Bad Essen
Ivoclar/Schaan/FL
Dekema/Freilassing
Hager & Werken/
Artikulator
Balance
Duisburg
Okklusionspapier
Bausch/Köln
40 µm
Empress 2 Verblendkeramik Empress 2 Schichttechnik Ivoclar/Schaan/FL
Empress 2 AnmischEmpress 2 Modellierliquid Ivoclar/Schaan/FL
flüssigkeit
Empress 2 Glasurmasse
Empress 2 Glasur, Typ 1 Ivoclar/Schaan/FL
Empress 2 Glasur- und
Ivoclar/Schaan/FL
Empress 2 Glasurflüssigkeit
Malfarbenfluid
Lava Verblendkeramik
Lava Ceram
3M Espe/Seefeld
Lava Anmischflüssigkeit
Lava Ceram
3M Espe/Seefeld
Tab. 12 a: Materialien und Geräte für das Verblenden der Brückengerüste
42
Material und Methode
Starttemperatur
Aufheizrate/min
Endtemperatur
Schließzeit
Haltezeit
Temperaturbereich
unter Vakuum
Washbrand
403 °C
60 °C
800 °C
6 min
1 min
450 – 799 °C
Dentinbrand I + II
403 °C
60 °C
800 °C
6 min
2 min
450 – 799 °C
Glanzbrand
403 °C
60 °C
770 °C
6 min
2 min
450 – 799 °C
Tab. 12 b: Brandführung der Empress2-Verblendkeramik
Starttemperatur
Trockenzeit
Aufheizrate mit Vakuum
Aufheizrate ohne Vakuum
Endtemperatur
Haltezeit mit Vakuum
Haltezeit ohne Vakuum
Dentinbrand I
450 °C
6 min
45 °C/min
---810 °C
1 min
----
Dentinbrand II
450 °C
6 min
45 °C/min
---800 °C
1 min
----
Glanzbrand
480 °C
2 min
---45 °C/min
820 °C
---1 min
Tab. 12 c: Brandführung Lava-Verblendkeramik
3.9
Herstellung der Prüfmodelle für die Belastungstests
3.9.1
Vervielfältigung der Kunststoffstümpfe
Zur Schaffung eines physiologischen Kronen-Wurzel-Verhältnisses wurden die beschliffenen Kunststoffstümpfe 24 und 27 aus dem Urmodell entnommen und ihre
Wurzeln mit Modellierkunststoff (Tab. 13) auf eine einheitliche Länge von 15 mm verlängert. Die so vorbereiteten Stümpfe wurden dann auf einer mit zwei Bohrlöchern
versehenen, 3,2 mm starken Tiefziehfolie vertikal fixiert (Abb. 14 a). Über diese
wurde
ein
Plexiglasröhrchen
mit
einem
Innenradi-
us von 21 mm, einer Höhe von 30 mm und einer Wandstärke von 2 mm gestülpt und
mit kaltpolymerisierendem Kunststoff so auf der Tiefziehfolie befestigt, dass der
beschliffene Stumpf mittig lag (Abb. 14 b). Die so vorbereiteten Röhrchen wurden mit
Dubliersilikon, das nach Herstellerangaben verarbeitet wurde, aufgefüllt und nach 60
Minuten entformt. Nach zwei Stunden Rückstellungsphase wurden die Silikonformen
mit Modellmaterial, einem Zweikomponentenmaterial auf
Polyurethanbasis,
ausgegossen (Abb. 14 c). Jede Silikonform wurde maximal viermal als Form verwendet. Es wurden jeweils 40 optisch blasenfreie Stümpfe des Zahnes 24 und 27
aus diesem Material angefertigt.
43
Material und Methode
Abb. 14 a: Auf Tiefziehfolie
befestigter Modellstumpf
Abb. 14 b: Auf Tiefziehfolie
befestigter Modellstumpf mit
übergestülpten Plexiglasröhrchen
Abb. 14c: Modellstumpf im
Plexiglasröhrchen
Abb. 14 d: Mit Kunststoff
ausgegossene Silikonform
Abb. 14e: Entformte Stumpfduplikatrohlinge
44
Material und Methode
Material/Gerät
Urmodell
Modellierkunststoff
Tiefziehfolie
Doubliersilikon
Kunststoffstumpfmaterial
Produktname
Frasaco A-3T OK 119
Pattern resin
Erkodur
Rema sil
Alpha Die Top,
Hersteller
Frasaco/Tettnang
GC/Tokyo/Japan
Erkodent/Pfalzgrafenweiler
Dentaurum/Ispringen
Schütz/Rosbach
Tab. 13: Materialien und Geräte zur Vervielfältigung der Kunststoffstümpfe
3.9.2
Ablängen der Kunststoffstümpfe
Es wurde Silikon mit hoher Endhärte (siehe Tab. 14) in ein Polystyrolkästchen (PS)
mit den Maßen B = 73 mm, H = 19 mm, T = 24 mm eingefüllt und je ein Kunststoffstumpf des Zahnes 24 und 27 senkrecht zur Tischebene abgeformt. Dieses Kästchen wurde nun in ein passgenaues zweites Polystyrolkästchen eingefügt welches
mit Klasse-IV-Gips in einem Aufgipsteller des Fräsgerätes parallel zur Tischebene
fixiert wurde (Abb. 15 a). Das erste Polystyrolkästchen mit dem Silikon und den zwei
Kunststoffstümpfen wurde nach Erhärten des Gipses entnommen und der Länge
nach mittig durchgesägt. So konnten die abgeformten Kunststoffstümpfe leicht entnommen und zwei weitere Strumpfrohlinge eingelegt werden (Abb. 15b). Somit standen die Stumpfrohlinge immer im gleichen Winkel und gleicher Höhe zur Fräse,
sodass es möglich war, alle Kunststoffstümpfe exakt auf die gleiche Länge zu bringen (Abb. 15 c). Dazu wurde der Fräser im Fräsgerät mit dem Tiefenanschlag auf
eine konstante Höhe eingestellt. Die Wurzelspitzen wurden danach bei 5000 U/min
mit Schmirgelpapier der Körnung 100 manuell abgerundet. Anschließend wurde die
gesamte Oberfläche der Kunststoffstümpfe mit Aluminiumoxid der Korngröße 110 µm
bei 2 bar in einem Abstand von ca. 100 mm ca. 15 Sekunden lang angeraut. Die anschließende Reinigung der Kunststoffstümpfe erfolgte mit dem Dampfstrahlgerät
(Tab. 14).
Abb. 15 a: Stumpfrohlinge
während des Ablängens
Abb. 15 b: Aufgeklapptes
Polystyrolkästchen
45
Material und Methode
Abb. 15c: Gekürzte Stumpfrohlinge
Material/Gerät
Silikon
Klasse-IV- Gips
Fräsgerät
Fräser
Schmirgelpapier
Dampfstrahlgerät
Produktname
Platinum
Fujirock, weiß
F3
ISO H294.123.029
Supersteam
Hersteller
Zhermack/Rovigo/Italien
GC/Tokyo/Japan
Degudent/Hanau
Brasseler/ Lemgo
Hager & Werken/Duisburg
Reitel/Bad Essen
Tab. 14: Materialien und Geräte zum Ablängen der Kunststoffstümpfe
3.9.3
Vorversuche zur Testung verschiedener Materialien auf Eignung
als künstliches Parodontium
In Vorversuchen wurde die Stumpfbeweglichkeit an verschiedenen PolyurethanModellen geprüft. Verglichen wurden ein Vollmodell und Modelle mit Stümpfen, bei
denen das Parodontium durch eine Latexschicht mit zwei- und dreifacher Schichtstärke beziehungsweise durch einen handelsüblichen Schrumpfschlauch simuliert
worden war. Es wurden Kraft-Weg-Diagramme jeweils für die Zähne 24 und 27 in
axialer, mesio-distaler und bukko-palatinaler Richtung aufgezeichnet.
Die Stumpfbeweglichkeit erreichte nach der Ummantelung mit drei Latexschichten
die höchste Näherung an eine physiologische Pfeilerresilienz und wurde deshalb in
den Versuchsaufbau übernommen.
46
Material und Methode
3.9.4
Herstellung des künstlichen Parodontiums
Der Wurzelanteil der Kunststoffstümpfe wurde mit drei gleichmäßigen Latexschichten
Erkoskin (Fa. Erkodent, Pfalzgrafenweiler) bestrichen (Abb. 16), so dass während
der mechanischen Wechselbelastung und der Belastung bis zum Bruch die physiologische Zahnbeweglichkeit simuliert werden konnte. Beim Auftragen mit einem Pinsel
wurde darauf geachtet, dass ein Abstand von 1 mm zur Präparationsgrenze eingehalten wurde. Vor dem Auftragen einer weitern Latexschicht wurde jeweils eine
Trockenzeit von mindestens 30 Minuten abgewartet. Die Dicke der Latexschicht
betrug ca. 0,35 mm (zervikal) und 0,55 mm (apikal).
Abb. 16: Stümpfe mit künstlichem Parodontium
3.10
Zementierung der verblendeten Brücken
Das Lumen der Ankerkronen der verblendeten Brücken wurde vor dem Zementieren
mit einem in Ethanol (99,8 Vol.%) getränkten Wattepellet entfettet und an der Luft getrocknet. Zum Zementieren der Brücken auf die vorbereiteten Stümpfe wurde ein
Glasionomerzement (Ketac Cem Aplicap, Fa. 3M Espe, Seefeld) verwendet. Die
Aplicap-Kartuschen mit dem Zement wurden zwei Sekunden lang mit dem AplicapAktivator aktiviert und danach für zehn Sekunden im Hochfrequenzmischgerät Silamat (Fa. Vivadent, Schaan/Liechtenstein) angemischt. Der Zement wurde mit dem
Aplicap-Applier in die Kronenlumina appliziert. Die Brücken wurden auf die mit künstlichem Parodontium versehenen Polyurethanstümpfe zementiert, und die Zementreste wurden nach zehn Minuten mit einem Scaler entfernt.
47
Material und Methode
3.11
Sockelung der auf den Stümpfen zementierten Brücken
Die Kronenränder der zementierten Brücken sollten nicht mit Sockelmaterial bedeckt
werden und wurden deshalb mit Wachsdraht (Ø= 2,5 mm) abgedeckt (siehe Tab.
15). Die Brückenglieder wurden mit einem Stück Plattenwachs der Stärke 1,25 mm
unterlegt, um hier den Kontakt zum Sockelmaterial zu verhindern.
Die zementierten Brücken wurden mit den Wurzelspitzen der Kunststoffstümpfe auf
einer Glasplatte so positioniert, dass die Achse des Pfeilers 24, von mesial betrachtet, im 90°-Winkel zur Glasplatte stand. In dieser Position wurden die Brücken jeweils
mit Heißklebstoff am festgestellten Schwenkarm eines Fräsgerätes fixiert (Abb. 17a).
Die fixierte Brücke mit Pfeilern und künstlichem Parodontium konnte nun „schwebend“ in einer kastenförmigen Silikonform mit den Maßen B= 45 mm, H= 20 mm,
T= 25 mm mittig platziert werden (Abb. 17b). Die Einstellung der Höhe orientierte
sich an dem am weitesten zervikal gelegenen palatinalen Präparationsabschnitt des
Stumpfes 27. Diese Stelle schloss mit dem Rand der Silikonform ab. Zur Prüfung der
richtigen Lage der Brücke in der Form wurden Pfeile mit Markierungen verwendet
(Abb. 17b). Die Form wurde dann mit dem Modellstumpfmaterial bis zum Rand aufgefüllt.
Abb. 17 a: Mit Heißklebstoff am
Schwenkarm fixierte Brücke
Abb. 17 b: Brücke mit Ausrichthilfen
direkt vor dem Sockeln
48
Material und Methode
Nach Erhärten dieses Materials wurden die gesockelten Brücken mit Hilfe von Druckluft aus der Silikonform genommen und zwölf Stunden stehen gelassen. Die
Wachsausblockungen wurden in einem Ausbrühgerät mit 90 °C heißem Wasser ca.
30 Sekunden lang ausgebrüht. Wachsreste wurden mit einem Dampfstrahlgerät ca.
zehn Sekunden lang entfernt.
Kunststoffgrate am Sockel wurden mit Hilfe einer Fräse entfernt. Der kippelfreie
Stand der Sockel wurde auf einer Glasplatte überprüft, gegebenenfalls wurde auf
einem Bogen Schleifpapier der Körnung 320 nachträglich plangeschliffen.
Material/Gerät
Wachsdraht
Plattenwachs
Fräsgerät
Heißklebstoff
Modellstumpfmaterial
Ausbrühgerät
Tab. 15:
Produktname
F3
Top Craft
Alpha Die Top
EWL Typ 5522
Hersteller
Bego/Bremen
Omni Dent/Rodgau
Degudent/Hanau
Müller& Partner/Ratingen
Fa. Schütz/Rosbach
Kavo/Leutkirch
Materialien und Geräte zur Sockelung der auf den Stümpfen
zementierten Brücken.
49
Material und Methode
3.12
Künstliche Alterung der Probekörper
Die zementierten und gesockelten Brücken der Gruppen C und D aus Lava und
Empress 2 wurden 220 Tage lang in 36 °C warmem, destillierten Wasser gelagert
(Thermostatbad, Typ RCS 20-D, Fa. Lauda, Königshofen, Temperaturabweichung
± 0,2 K). Während der Wasserlagerung wurden die Brücken einzeln aus dem Bad
genommen und nacheinander einer thermischen Wechselbelastung ausgesetzt.
Dabei wurden die Brücken jeweils 10.000 mal für 30 Sekunden abwechselnd in eins
von zwei Wasserbädern mit den Temperaturen 5 °C und 55 °C (Thermostatbad, Typ
RCS 20-D, Fa. Lauda, Königshofen, Temperaturabweichung ± 0,2 K) getaucht. Anschließend wurden die Brücken zurück in das 36 °C warme Wasserbad gelegt, bis
sie der mechanischen Wechselbelastung ausgesetzt wurden.
Abb.18 : Gesockelte Brücke in der Probekammer der mechanischen Wechselbelastungsmaschine (Wasserberieselung noch ausgeschaltet).
50
Material und Methode
In der Probekammer der mechanischen Wechselbelastungsmaschine (Eigenbau der
Forschungswerkstatt der Medizinischen Hochschule Hannover) wurde jeweils eine
gesockelte Brücke mit Hilfe von Edelstahlpratzen eingespannt. Die okklusale Belastung der Brücken wurde mit einem am Ende halbkugelig (D = 6 mm) ausgebildeten
Metallstößel ausgeführt. Dieser Metallstößel war zusätzlich mit einer Teleskopfeder
(Federkonstante 133 N/mm) ausgestattet, damit Kraftspitzen beim Auftreffen auf die
Brücke gemildert wurden. Die Belastung der Brücken erfolgte mit einer Kraft von
100 N. Ein motorgetriebener Exzenter mit einer Frequenz von 2,5 Hz sorgte für das
Anheben und Absenken des Stößels. Das Abzählen der 1 x 106 Belastungszyklen
erledigte eine computerunterstützte Steuerung, die nach Erreichen der programmierten Zyklenanzahl den Belastungsvorgang automatisch beendete. Die okklusale
Belastung der Brücken erfolgte axial mittig im Bereich zwischen den Brückengliedern
25 und 26. Zwischen Belastungsfläche und Metallstößel wurde zur besseren Kraftverteilung eine 0,2 mm starke Zinnfolie eingelegt. Der Stößel hatte im entlasteten
Zustand einen Abstand von 0,2 mm zur Zinnfolie.
Die Probekörper befanden sich während der mechanischen Wechselbelastung in
einer wasserdichten Kammer und wurden währenddessen stetig mit 36 °C warmem
Wasser umspült (Abb. 18). Das Wasser wurde über Schläuche aus einem Thermostatbad (Typ RCS 20-D, Fa. Lauda, Königshofen) in die Kammer der Maschine gepumpt und trat durch sechs Düsen direkt über der Brücke aus. Über einen Abflussschlauch gelangte das Wasser zurück in das Thermostatbad.
3.13
Bruchbelastungstest
Die Bruchlast wurde in einer Universalprüfmaschine mit Mess- und Steuereinheit
(Typ 20K, Fa. UTS-Testsysteme, Ulm) bei einer Vorschubgeschwindigkeit von
1,0 mm/min geprüft. Die Belastung erfolgte axial über einen zylindrischen Stempel
und eine Edelstahlkugel (∅ = 6 mm) im okklusalen Bereich mittig zwischen den
Brückengliedern. Durch eine Zinnfolie von 0,2 mm Stärke wurde eine gleichmäßige
Kraftverteilung erzielt und die unter Lasteinwirkung entstehenden Spannungsspitzen
gemildert. Die Versuchsanordnung ist in Abbildung 19 dargestellt.
51
Material und Methode
Die Maschine wurde so programmiert, dass ein Lastabfall von mehr als 50 N zum
automatischen Beenden des Belastungstests führte. Als Bruchkraft wurde diejenige
Kraft gewertet, bei der es zum ersten Lastabfall um mehr als 15 N kam.
Die Brücken wurden optisch auf ihr Bruchverhalten untersucht. Anhand von
makroskopischen Fotos wurden typische Bruchverläufe beispielhaft für jede Gruppe
dargestellt.
Abb. 19: Versuchsanordnung des Bruchbelastungstests
3.14
Analyse des Bruchausgangs
Nach dem Belastungstest wurden die Bruchflächen unter einem Auflichtmikroskop
(Typ Wild M3Z, Fa. Leica, Heerbrugg/Schweiz) die Hauptbruchstellen untersucht.
Danach wurden die Hauptbruchstellen unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM:
LEO 1455 VP, Fa. Carl Zeiss SMT AG, Oberkochen/D) im Institut für Werkstoffkunde
an der Universität Hannover zur Ermittlung der Bruchausgangsstelle näher betrachtet.
52
Material und Methode
3.15
Statistik
Die Bruchlastwerte der einzelnen Gruppen wurden zunächst mit dem nichtparametrischen Test nach Kolmogoroff-Smirnow zunächst auf Normalverteilung geprüft. Anschließend wurden aus den Messwerten gruppenweise die statistischen Kenngrößen
Mittelwert, Minimum, Maximum, Median und Standardabweichung ermittelt.
Der Mittelwert x wurde nach der Formel
berechnet, wobei n die Anzahl der gemessenen Einzelwerte angibt.
Die Standardabweichung s misst die Streuung der Einzelwerte um das arithmetische
Mittel und wurde aus der Wurzel der quadrierten Abweichungen vom Mittelwert nach
folgender Formel bestimmt:
Da sich der Mittelwert nicht robust gegenüber Ausreißern verhält, und um die symmetrische Verteilung der Daten zu überprüfen wurde zusätzlich der Median folgendermaßen ermittelt: Es wurden alle Messwerte der Größe nach sortiert, so dass eine
Rangliste entstand. Bei ungerader Anzahl von Messwerten war der Median die mittlere Zahl der Rangliste. Bei gerader Anzahl von Messwerten war der Median der
Mittelwert von den zwei in der Mitte der Rangliste liegenden Werten. Damit ist der
Median der Wert, der die Datenmenge in zwei Hälften teilt: Der größte Wert der
einen Hälfte ist höchstens so groß wie der Median, der kleinste Wert der anderen
Hälfte ist mindestens so groß.
Um den Effekt der verschiedenen möglichen Einflussgrößen auf die Bruchlast zu
ermitteln, wurde eine dreifaktorielle univariate Varianzanalyse vorgenommen. Dabei
wurden die verschiedenen Materialien, die thermomechanische Wechselbelastung,
die künstliche Alterung und die definierte mechanische Vorschädigung als feste
Effekte behandelt.
53
Material und Methode
Danach wurde der Einfluss der künstlichen Alterung sowie der mechanischen Vorschädigung auf die Bruchlast innerhalb der Materialgruppen mit Hilfe einer zweifaktoriellen univariaten Varianzanalyse untersucht. Dabei stellten die Einflussgrößen
„Alterung“ und „Vorschädigung“ die Faktoren dar.
Vor der Durchführung der Varianzanalysen wurde mit dem Levene-Test die Homogenität der Varianzen geprüft.
Das Signifikanzniveau für alle statistischen Tests wurde auf p = 0,05 festgelegt.
Sämtliche statistische Tests wurden mit Hilfe des Programms SPSS 11.0 (SPSS Inc.,
Chicago, IL, USA) durchgeführt.
54
Ergebnisse
4
4.1
Ergebnisse
Bruchlasten der Empress 2- und Lava-Brücken im Vergleich
In den Abbildungen 20 a-d sind die Bruchlasten von Empress 2- und Lava-Brücken
gruppenweise dargestellt. Die Lava-Brücken erreichten in allen Versuchsgruppen
deutlich höhere Bruchlastwerte als die Empress 2-Brücken (Abb. 20 a-d). Die Bruchlastwerte lagen bei den Brücken aus Empress 2 zwischen 176 N und 521 N und bei
den Lava-Brücken zwischen 597 N und 1914 N (Tab. 16 a-d). Innerhalb der einzelnen Gruppen waren die Messwerte relativ gleichmäßig verteilt.
Bruchlast der Brücken der Kontrollgruppen (Gr. A)
Bruchlast in N
Empress 2
Lava
2000
1500
1000
500
9
10
el
w
er
t
M
itt
Prüfkörper Nr.
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Abb. 20a: Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die Kontrollgruppen der
Empress 2- und Lava-Brücken (ohne WB, ohne Vorschädigung).
55
Ergebnisse
Bruchlast der vorgeschädigten Brücken (Gr. B)
Lava
2000
1500
1000
500
el
w
er
t
10
M
itt
9
8
7
6
5
4
3
2
0
1
Bruchlast in N
Empress 2
Prüfkörper Nr.
Abb. 20b: Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die definiert mechanisch
vorgeschädigten Empress 2- und Lava-Brücken.
Bruchlast der wechselbelasteten Brücken (Gr. C)
Empress 2
Lava
Bruchlast in N
2000
1500
1000
500
er
t
el
w
9
8
10
itt
M
Prüfkörper Nr.
7
6
5
4
3
2
1
0
Abb. 20c: Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die thermomechanisch
wechselbelasteten Empress 2- und Lava-Brücken.
56
Ergebnisse
Bruchlast der vorgeschädigten und
wechselbelasteten Brücken (Gr. D)
Lava
2000
1500
1000
500
er
t
M
Prüfkörper Nr.
itt
el
w
10
9*
8
7
6
5
4
3
2*
0
1*
Bruchlast in N
Empress 2
Abb. 20d: Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die definiert mechanisch
vorgeschädigten und thermomechanisch wechselbelasteten Empress 2und Lava-Brücken.
(*) Durch einen Fehler der Traversensteuerung konnten die Messwerte der
Empress 2-Brücken Nr. 1, 2 und 9 nicht zur statistischen Auswertung
verwendet werden.
In den Tabellen 16 a+b sind für jede Prüfungsgruppe der Empress 2- und LavaBrücken der Mittelwert, der Median, das Minimum, das Maximum sowie die Standardabweichung der Kraft aufgelistet, die zum initialen Bruch geführt hat.
Bei den Empress 2-Brücken waren die Medianwerte der unterschiedlich gealterten
und vorgeschädigten Gruppen B, C und D alle kleiner als bei der Kontrollgruppe A.
Der Median der nur mechanisch vorgeschädigten Empress 2-Brücken (Gr. B) lag um
19 N, der thermomechanisch wechselbelasteten Empress 2-Brücken (Gr. C) um
114 N und der sowohl mechanisch vorgeschädigten als auch thermomechanisch
wechselbelasteten Empress 2-Brücken (Gr. D) lag um 137 N niedriger als bei der
Kontrollgruppe (Tab. 16 a).
57
Ergebnisse
Gruppe
A
(Kontrolle)
B
(vorgeschädigt)
C
(wechselbelastet)
D
(vorgeschädigt u.
wechselbelastet)
Mittelwert
Empress 2-Brücken
Bruchlast [N]
Median
Min.
Max.
Stdabw.
381,7
396,7
220,2
521,0
88,2
394,1
377,5
293,8
518,4
70,7
300,1
282,7
206,6
400,0
62,9
279,7
259,2
175,6
422,2
93,3
Tab.16a: Mittelwert, Median, Minimum, Maximum und Standardabweichung der
Bruchlast für die Brücken aus Empress 2 in Abhängigkeit von der
Vorbehandlung.
Bei den Lava-Brücken war der Medianwert der mechanisch vorgeschädigten Brücken (Gr. B) um 187 N höher als bei der Kontrollgruppe. Die Median der unterschiedlich gealterten und vorgeschädigten Gruppen C und D waren alle kleiner als bei der
Kontrollgruppe A. Der Median der thermomechanisch wechselbelasteten Brücken
(Gr. C) lag um 123 N und der Median der Brücken, die sowohl mechanisch vorgeschädigt als auch thermomechanisch wechselbelastet wurden (Gr. D), lag um 186 N
niedriger als bei der Kontrollgruppe (Tab. 16 b).
Die Brücken aus Lava besaßen im Durchschnitt eine etwa dreifach höhere Belastbarkeit als die Brücken aus Empress 2 (siehe auch Abb. 21 a).
Gruppe
A
(Kontrolle)
B
(vorgeschädigt)
C
(wechselbelastet)
D
(vorgeschädigt u.
wechselbelastet)
Mittelwert
Lava-Brücken
Bruchlast [N]
Median
Min.
Max.
Stdabw.
1180,6
1168,1
597,4
1914,2
319,2
1369,3
1355,5
1116,2
1825,8
201,0
1035,3
1045,1
612,0
1346,0
232,1
1022,1
982,1
808,0
1254,0
175,5
Tab.16 b: Mittelwert, Median, Minimum, Maximum und Standardabweichung der
Bruchlast für die Brücken aus Lava in Abhängigkeit von der
Vorbehandlung.
58
Ergebnisse
Da sowohl bei den Empress 2-Brücken als auch bei den Lava- Brücken die Mittelwerte nicht stark von den Medianwerten abweichen, ist von einer symmetrischen
Verteilung auszugehen (Tab. 16a+b).
Durchschnittliche Bruchlast
Empress 2
1369
1500
Bruchlast in N
Lava
1181
1035
1022
1000
500
394
382
300
280
0
A
B
C
D
Prüfungsgruppen
Abb. 21 a: Durchschnittliche Bruchlast [N] von Brücken aus Empress 2 und
Lava für die verschiedenen Prüfungsgruppen.
Bruchlast (N)
2000
55
66
1000
0
N=
37
40
Empress 2
Lava
Material
Abb. 21 b: Boxplotdarstellung aller Bruchlasten der Empress 2- und Lava- Brücken
im Vergleich. Angegeben sind Median, mittlere Quartile, Extremwerte sowie extreme
(o) Ausreißer.
59
Ergebnisse
4.2
Einfluss von Vorschädigung und thermomechanischer
Wechselbelastung auf die Brückenbelastbarkeit
4.2.1
Bruchlasten von Brücken aus Empress 2
Die Empress 2-Brücken der Kontrollgruppe (Gr. A) zeigten im Mittel Bruchlasten von
382 N (Tab. 17 a), während die thermomechanisch wechselbelasteten Brücken (Gr.
C) mit 300 N einen signifikant niedrigeren Wert aufwiesen (p=0,001). Die mit einem
Ritz definiert mechanisch vorgeschädigten Brücken (Gr. B) erreichten einen Mittelwert von 394 N, der sich jedoch nicht signifikant vom Mittelwert der Kontrollgruppe
unterschied
(p=0,878).
Dahingegen
zeigten
die
definiert
mechanisch
vor-
geschädigten Brücken, die zusätzlich auch einer thermomechanischen Wechselbelastung und 220 Tagen Wasserlagerung ausgesetzt wurden (Gr. D), mit einem Mittelwert von 280 N eine signifikant niedrigere Bruchlast als die Kontrollgruppe. Die Abbildung 22a ist die graphische Veranschaulichung dieser Ergebnisse in der Boxplotdarstellung. Da die mechanische Vorschädigung keinen signifikanten Einfluss auf die
Bruchlast ausübte, wurden in der Abbildung 22 b sowohl vorgeschädigte als auch
nicht vorgeschädigte Brücken zusammengefasst. Hierbei wurde nur der Einfluss der
thermomechanischen Wechselbelastung graphisch dargestellt.
Empess 2Brücken
Bruchlast [N]
p-Wert
Wertung
keine WB
WB
Gesamt
Kein Ritz
381,7 ± 88,2
300,1 ± 62,9
340,9 ± 85,5
Ritz
394,1 ± 70,7
279,7 ± 93,3
347,0 ± 97,2
Gesamt
387,9 ± 78,1
291,7 ± 74,8
343,7 ± 89,8 p=0,001 signifikant
p-Wert
p=0,878
nicht
signifikant
Wertung
Tab. 17: Mittelwert und Standardabweichung der Bruchlast für die Brücken aus
Empress 2 in Abhängigkeit von der Vorschädigung (Ritz) und der thermomechanischen Wechselbelastung (WB). Kein Einfluss der Vorschädigung
(p=0,878), signifikanter Einfluss der Wechselbelastung (p=0,001). (Alle
Kraftangaben in N).
60
Ergebnisse
MATERIAL= Empress 2
Bruchlast (N)
2000
1000
31
37
keine WB
0
N=
WB
10
10
10
kein Ritz
7
Ritz
Abb. 22a: Boxplotdarstellung der Bruchlasten der Brücken aus Empress 2 für die
verschiedenen Prüfungsgruppen. Angegeben sind Median, mittlere
Quartile, Extremwerte sowie extreme (ο) Ausreißer.
MATERIAL= Empress 2
Bruchlast (N)
2000
1000
6
0
N=
20
17
keine WB
WB
Abb. 22 b: Boxplotdarstellung der Bruchlasten unbelasteter und thermomechanisch
wechselbelasteter (WB) Brücken aus Empress 2. Angegeben sind
Median, mittlere Quartile, Extremwerte sowie extreme (ο) Ausreißer.
61
Ergebnisse
4.2.2
Bruchlasten von Brücken aus Lava
Die Lava-Brücken der Kontrollgruppe (Gr. A) zeigten im Mittel eine Bruchlast von
1181 N (Tab. 18). Die thermomechanisch wechselbelasteten Brücken (Gr. C) wiesen
mit 1035 N signifikant niedrigere Werte auf (p=0,002). Die mit einem Ritz definiert
mechanisch vorgeschädigten Brücken (Gr. B) zeigten hingegen mit einem Mittelwert
von 1369 N eine leicht, aber nicht signifikant erhöhte Bruchlast (p=0,252). Die Brücken, die sowohl einer thermomechanischen Wechselbelastung als auch einer definierten mechanischen Vorschädigung ausgesetzt worden waren (Gr. D), zeigten mit
einem Mittelwert von 1022 N signifikant niedrigere Bruchlast als die Kontrollgruppe.
Die Abbildung 23 a ist die graphische Veranschaulichung dieser Ergebnisse in der
Boxplotdarstellung. Da die mechanische Vorschädigung keinen signifikanten Einfluss
auf die Bruchlast ausübte, wurden in der Abbildung 23 b sowohl vorgeschädigte als
auch nicht vorgeschädigte Brücken zusammengefasst. Hierbei wurde nur der Einfluss der thermomechanischen Wechselbelastung graphisch dargestellt.
LavaBrücken
Bruchlast [N]
keine WB
WB
p-Wert
Wertung
Gesamt
Kein Ritz 1180,6 ± 319,2 1035,3 ± 232,1 1108,0 ± 281,6
Ritz
1369,3 ± 201,0 1022,1 ±175,5
1195,7 ± 255,8
Gesamt
1274,9 ± 277,0 1028,7 ± 200,4
1151,8 ± 269,2
p-Wert
p=0,002 signifikant
p=0,252
nicht
signifikant
Wertung
Tab. 18: Mittelwert und Standardabweichung der Bruchlast für die Brücken aus Lava
in Abhängigkeit von der Vorschädigung (Ritz) und der Wechselbelastung
(WB). Kein Einfluss der Vorschädigung (p=0,252), signifikanter Einfluss der
Wechselbelastung (p=0,002).
62
Ergebnisse
MATERIAL= Lava
Bruchlast N)
2000
55
66
1000
54
keine WB
0
N=
WB
10
10
10
kein Ritz
10
Ritz
Abb. 23 a: Boxplotdarstellung der Bruchlasten von Brücken aus Lava für die verschiedenen Prüfungsgruppen. Angegeben sind Median, mittlere Quartile,
Extremwerte sowie moderate (∗) und extreme (ο) Ausreißer.
MATERIAL= Lava
Bruchlast (N)
2000
55
66
1000
54
0
N=
20
20
keine WB
WB
Abb. 23b: Boxplotdarstellung der Bruchlasten unbelasteter und thermomechanisch
wechselbelasteter (WB) Brücken aus Lava. Angegeben sind Median,
mittlere Quartile, Extremwerte sowie extreme (ο) Ausreißer.
63
Ergebnisse
4.3
Makroskopische Analyse der Bruchstellen
4.3.1
Bruchmodus der Empress 2-Brücken
Die Abbildung 24 zeigt ein repräsentatives Beispiel für die Messkurven der
Empress 2-Brücken in Form eines Belastungsdiagramms. Der zurückgelegte Traversenweg setzt sich zusammen aus Pfeilerresilienz, Durchbiegung der Brücke und
Nachgiebigkeit der Zinnfolie (≈ 0,2 mm). Die Maschinenverformung ist dagegen
vernachlässigbar. Die Kraft stieg bis zum Bruch bei ca. 330 N kontinuierlich an.
Alle Empress 2-Brücken zeigten ein ähnliches Bruchverhalten (Abb. 25 a-f). Die
Frakturverläufe nahmen ihren Ausgang vom basalen Bereich zwischen den Brückengliedern und verliefen weiter in Richtung Kaufläche. Während des Belastungstests befand sich die Auflage der Kugel okklusal genau zwischen den Brückengliedern. Damit lag die Frakturstelle gegenüber dem Angriffspunkt der Krafteinleitung an einem Ort, an dem theoretisch hohe Zugspannungen herrschen sollten.
Abb. 24: Kraft-Weg-Diagramm beim Bruchversuch an einer Empress 2-Brücke
64
Ergebnisse
Bruch
Bruch
Abb. 25a: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2-Brücke,
Ansicht von okklusal (Guppe A)
Bruch
Abb. 25b: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen
Empress 2-Brücke, Ansicht von okklusal (Guppe A).
65
Ergebnisse
Bruch
Bruch
Abb. 25c: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2-Brücke,
Ansicht von bukkal (Gruppe A)
Bruch
Abb. 25d: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen
Empress 2-Brücke, Ansicht von bukkal (Gruppe A)
66
Ergebnisse
Bruch
Bruch
Abb. 25e: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2-Brücke,
Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Bruch
Abb. 25f: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen
Empress 2-Brücke, Ansicht von palatinal (Gruppe A)
67
Ergebnisse
4.3.2
Bruchmodus der Lava-Brücken
Abbildung 26 zeigt ein repräsentatives Beispiel für die Messkurven der Lava-Brücken
in Form eines Belastungsdiagramms. Der zurückgelegte Traversenweg setzt sich
zusammen aus Pfeilerresilienz, Durchbiegung der Brücke und Nachgiebigkeit der
Zinnfolie (≈ 0,2 mm). Die Maschinenverformung ist dagegen vernachlässigbar. Die
Kraft stieg bis zum Bruch bei ca. 1260 N kontinuierlich an. Im Vergleich zu den
Empress 2-Brücken war bei den Lava-Brücken aufgrund der größeren Bruchlasten
auch eine größere Druchbiegung der Brücken zu beobachten.
Abb. 26: Kraft-Weg-Diagramm beim Bruchversuch einer Lava-Brücke
Die Lava-Brücken zeigten vier verschiedene Bruchvarianten. Der Hauptbruch verlief
bei 35 Brücken mittig zwischen den Brückengliedern. Hinzu kamen Absplitterungen
der Verblendkeramik im Bereich des mesiobukkalen Höckers des Brückenglieds 26
sowie Sprünge in der Verblendkeramik im Approximalbereich zwischen den Zähnen
26 und 27 (Abb. 27a-f) . Bei zwei Brücken verlief der Hauptbruch quer durch das
Brückenglied 25. Dazu kam jeweils eine Abplatzung der Verblendkeramik des bukkalen Höckers. Bei einer Brücke verlief der Hauptbruch schräg durch die Ankerkrone
24, auch hier begleitet von einer Abplatzung der Verblendkeramik des bukkalen
Höckers. Bei zwei Brücken kam es zu zwei Bruchstellen im Gerüstmaterial, wobei ein
Bruch zwischen den Brückengliedern und der zweite schräg in der Ankerkrone 27
68
Ergebnisse
verlief. Es kam dabei zu Absplitterungen der Verblendkeramik im Bereich des mesiobukkalen Höckers des Brückengliedes 26 und mesial an der Ankerkrone 27. Die
Frakturverläufe nahmen ihren Ausgang stets vom basalen Bereich zwischen den
Brückengliedern und verliefen weiter in Richtung Kaufläche. Während des Belastungstests befand sich die Auflage der Kugel okklusal genau zwischen den Brückengliedern. Damit lag auch hier die Frakturstelle bei dem Großteil der Brücken gegenüber dem Angriffspunkt der Krafteinleitung (siehe Kap. 4.4.1).
69
Ergebnisse
Bruch
Abplatzung
Bruch
Abb. 27a: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava-Brücke,
Ansicht von okklusal (Gruppe A)
Abplatzung
Bruch
Abb. 27b: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen
Lava-Brücke, Ansicht von okklusal (Gruppe A)
70
Ergebnisse
Bruch
Abplatzung
Bruch
Abb. 27c: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava-Brücke,
Ansicht von bukkal (Gruppe A)
Abb. 27d: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen Lava-Brücke,
Ansicht von bukkal (Gruppe A), Absprengung der Verblendkeramik am
belasteten Höcker.
71
Ergebnisse
Bruch
Abb. 27e: Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava-Brücke,
Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Bruch
Abb. 27f: Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen Lava-Brücke,
Ansicht von palatinal (Gruppe A)
72
Ergebnisse
4.4
Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Empress 2-Brücke
Die Abbildungen 28a+b zeigen die Bruchoberfläche einer Empress 2-Brücke aus der
vorliegenden Studie. Es ist eine eindeutige Abgrenzung zwischen Gerüstmaterial und
Verblendmaterial zu sehen (Abb. 28a+b). Auf der 16-fachen Vergrößerung sind
Bruchlinien erkennbar, die von der Okklusalfläche schräg nach basal verlaufen.
In der Verblendkeramik sind deutliche Poren sichtbar (Abb. 28a).
Die Bruchflächen anderer unter dem REM untersuchten Empress-2-Brücken zeigten
ein sehr ähnliches Bild.
Abb. 28a: REM-Aufnahme einer Empress 2-Brücke: Bruchkante Sicht auf das
Brückenglied 25 im Bereich des Verbinders zwischen den Brückengliedern
(16-fache Vergrößerung)
73
Ergebnisse
Betrachtet man die Grenzfläche zwischen Gerüstmaterial und Verblendkeramik bei
einer 120-fachen Vergrößerung (Abb. 28b), so findet man deutliche Strukturunterschiede. Die Verblendkeramik hat eine amorphe glasartige Gestalt, während die
Gerüstkeramik kristalline Strukturen aufweist. Es zeigen sich jedoch keine Spalten
oder Hohlräume an der Grenzfläche zwischen den beiden Keramiken. In der Verblendkeramik findet man Poren, die vermutlich beim Anmischen der Massen miteingebracht wurden.
Im Gegensatz zu den Lava-Brücken konnte an den Empress 2-Brücken kein eindeutiger Bruchausgang lokalisiert werden. Es wurde auch kein für Keramiken typischer Bruchspiegel gefunden.
Abb. 28b:
REM-Aufnahme einer Empress 2-Brücke: Bruchfläche zwischen den
Brückengliedern. Detailaufnahme der Grenzfläche zwischen
Gerüstmaterial und Verblendkeramik (120-fache Vergrößerung)
74
Ergebnisse
4.5
Rasterelektronenmikroskopische Analyse der Bruchflächen
einer Lava-Brücke
Die Bruchoberfläche einer Lava-Brücke aus der vorliegenden Studie ist in den Abbildungen 29a-c dargestellt.
Der basale Bereich der Brücke, an der die definierte mechanische Vorschädigung
erfolgte, war mit einer ca. 0,8 mm starken Verblendkeramikschicht abgedeckt. In der
Abb. 29a ist im okklusalen Bereich eine Pore im Verblendmaterial zu sehen. Hierbei
handelt es sich offensichtlich um eine beim Verblenden eingearbeitete Luftblase.
Abb. 29a: REM-Aufnahme einer Lava-Brücke: Bruchkante Ansicht auf das
Brückenglied 26 im Bereich des Verbinders zwischen den
Brückengliedern (11-fache Vergrößerung)
75
Ergebnisse
Die Abbildung 29b zeigt eine Detailaufnahme im Grenzbereich zwischen Gerüst und
Verblendung. Die Gerüstkeramik wirkt homogen kristallin strukturiert. Die das Gerüst
umgebende Verblendkeramik wirkt strukturlos und zeigt neben einigen Poren und
Rissen die für frakturiertes Glas typischen glatten Bruchflächen.
Abb. 29b: REM-Aufnahme einer Lava-Brücke: Bruchkante Detailansicht der
Grenzfläche zwischen Gerüstmaterial und Verblendkeramik (300-fache
Vergrößerung)
76
Ergebnisse
Im basalen Bereich der Bruchfläche deuten sogenannte „Hackles“, im Frakturbild
spröder Werkstoffe charakteristische Erscheinungen, auf den Bruchursprung hin.
Dieser ist bei der vorliegenden Probe an der Grenzzone zwischen Verblend- und
Gerüstkeramik lokalisiert.
„Hackles“
Gerüstmaterial
(ZrO2)
Bruchausgang
Verblendmaterial
(Feldspatkeramik)
Abb. 29c: REM- Aufnahme einer Lava-Brücke: Bruchausgang im basalen
Bereich (100-fache Vergrößerung)
77
Diskussion
5 Diskussion
5.1
Diskussion der Methodik
5.1.1
In-vitro-Untersuchung
In der Medizin und in der Zahnheilkunde werden neue Werkstoffe häufig in
Form von In-vitro-Untersuchungen geprüft. In der Zahnheilkunde interessiert
besonders das Verhalten eines Werkstoffs unter den Bedingungen in der
Mundhöhle.
Dazu
werden
die
einflussnehmenden
Parameter
der
Mundhöhlensituation im Studienaufbau möglichst genau simuliert. Aus den
Ergebnissen können dann Rückschlüsse in Bezug auf die klinische Eignung
und Zuverlässigkeit gezogen werden. Es gibt Studien, die an einfachen
Prüfkörpern wie Scheiben oder Blöcken die werkstoffspezifischen Kennwerte
ermitteln [25, 35, 72, 118]. Im Gegensatz dazu besitzen Untersuchungen an
praxisnah gestalteten Prüfkörpern, z.B. in Form einer Restauration, eine viel
größere Praxisrelevanz [62]. Das Verständnis für das Auftreten von Komplikationen bei der Verwendung des neuen Materials in der Praxis wird erleichtert,
weil man den zu untersuchenden Werkstoff bereits in der Form testet, in der
man ihn später in vivo einsetzen will. Das bedeutet, der Zahnersatz wird als
ganzes Bauteil in bekannter Form, z.B. als Brücke hergestellt, dieser wird unter
mundähnlichen Bedingungen beansprucht, und die Belastbarkeit wird in
Abhängigkeit von bestimmten Einflussparametern verglichen. Es ist darauf zu
achten,
dass
die
bei
der
klinischen
Anwendung
auftretenden
Verarbeitungsketten genau reproduziert und die Einflussparameter möglichst
konstant gehalten werden. Dennoch stellt jeder noch so ausgeklügelte In-vitroTest nur eine technische Annäherung an die klinische Situation dar, weil die
Bedingungen in vivo nicht einheitlich, sondern individuell verschieden sind.
In der vorliegenden Studie wurde sehr genau darauf geachtet, die Versuchsdurchführung praxisnah zu gestalten. Deshalb wurden als Prüfkörper verblendete Brückenkonstruktionen verwendet. Die Herstellung der Prüfköper erfolgte
nach den Richtlinien einer echten Patientenrestauration (siehe Kap. 3). Die
Einflussname des Mundmilieus auf die Brückenmaterialien wurde durch eine
78
Diskussion
Wasserlagerung simuliert. Die Beanspruchung einer Restauration durch Kautätigkeit und verschieden temperierte Getränke und Nahrungsbestandteile wurde
durch
die
thermomechanische
Wechselbelastung
nachgeahmt
(siehe
Kap.3.12).
Die definierte mechanische Vorschädigung am Brückengerüst wurde an einer
genau ausgesuchten Stelle angebracht, nämlich dort, wo hohe Zugspannungen
zu erwarten waren. Ein Ritz an dieser Stelle hätte also bei entsprechender
Kerbempfindlichkeit des Materials, zu einer deutlichen Erniedrigung der Bruchlast führen müssen. Die Überlegungen gingen dahin, dass sich Beschädigungen am Gerüst als Ausgangspunkte für unterkritisches Risswachstum besonders unter Wasserlagerung auswirken. Eine solche Beschädigung am Gerüst könnte im Rahmen der Herstellung entstehen, wenn beim Ausarbeiten der
gebrannten Verblendungen bis auf das Gerüst durchgeschliffen wird. Grundsätzlich können auch in der Praxis Beschädigungen am Gerüst auftreten, wenn
der Behandler beim Einschleifen der Okklusion die Verblendkeramik durchschleift. Diese Beschädigungen liegen dann zwar okklusal, könnten aber trotzdem Ausgangspunkte für unterkritisches Risswachstum sein. Die Größe des
Ritzes wurde vorher im Versuch getestet. Das bedeutet, im Vorversuch wurde
zunächst die Bearbeitungssituation einer Brücke im Labor simuliert und eine
Beschädigung am Gerüst absichtlich provoziert. Die Kerben wurden unter dem
Auflichtmikroskop vermessen und es ergab sich eine realistische Ritztiefe von
30 µm, die dann definiert an den entsprechenden Brückengerüsten angebracht
wurden.
5.1.2
Modellherstellung und Modellstumpfmaterial
Die Einheitlichkeit der Prüfkörper ist für die Aussagefähigkeit der Ergebnisse
entscheidend. Ebenso sollten die Versuchsbedingungen innerhalb einer Versuchsreihe identisch sein. Nur so erhält man Messergebnisse mit einer möglichst geringen Streuung und um so eher werden Abweichungen von Gruppe zu
Gruppe signifikant.
Zur Herstellung eines Arbeitsmodells für einen Prüfkörper wurde jeweils ein
Abdruck mit einem individuell gefertigten Löffel vom Urmodell genommen,
79
Diskussion
genauso wie es bei der Behandlung eines Patienten erfolgen würde. Während
der Abdrucknahme konnte das Mundmilieu nicht simuliert werden. Die fehlende
Mundwärme wurde durch eine längere Verweildauer der Abdruckmasse auf
dem Urmodell ausgeglichen (siehe Kap. 3.3.2). Damit war das vollständige
Abbinden des Abdruckmaterials gewährleistet.
In der Literatur sind Untersuchungen beschrieben, in denen Materialien wie
Legierungen, Kunststoffe und extrahierte natürliche Zähne als Modellstumpfmaterial eingesetzt werden [27, 43, 50, 62, 94]. Der Einsatz von extrahierten
menschlichen Zähnen hat gegenüber den anderen Materialien den Vorteil, dass
die mechanischen Eigenschaften des Stumpfes optimal repräsentiert werden.
Die natürliche Variabilität eines menschlichen Zahns in Größe und Form macht
eine Reproduzierung jedoch unmöglich. Die Verwendung natürlicher Zähne
hätte also uneinheitliche Dimensionierungen der Brückenkonstruktionen zur
Folge gehabt, und die Bruchlastwerte der einzelnen Brücken wären nicht mehr
miteinander vergleichbar gewesen. Außerdem wäre innerhalb der Versuchsreihen das Auftreten einer großen Streuung zu vermuten gewesen, so dass sich
die zu untersuchenden Einflussgrößen wie Vorschädigung oder künstliche
Alterung nicht deutlich abgezeichnet hätten.
Dennoch gibt es Studien, die auf die Anwendung natürlicher Zähne nicht verzichten können, z.B. Studien, die adhäsive Befestigungstechniken verwenden
oder untersuchen. Die Brücken in der vorliegenden Studie waren aufgrund ihres
Hartkerngerüstes nicht zwingend an eine adhäsive Zementierung gebunden.
Die hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit der Gerüstmaterialien erlauben die
Befestigung mit einem konventionellen Zement auf den Stümpfen [83].
Stümpfe aus Kunststoff oder metallischen Legierungen haben den Vorteil, dass
sie durch Dublieren in beliebiger Zahl hergestellt werden können. Allerdings
sind die mechanischen Eigenschaften, wie z.B. der Elastizitätsmodul meist von
dem des Dentins verschieden, so dass die erzielten Ergebnisse nur beschränkt
auf In-vivo-Versuche übertragen werden können [6].
Deshalb wurde in der vorliegenden Studie für die Modellstümpfe ein Material
auf Polyurethan-Basis ausgewählt. Dieses Material weist nach Herstellerangaben einen Elastizitätsmodul von 3500 N/mm2 auf. Das bedeutet, es können
damit biegesteifere Modelle als z.B. mit PMMA erzeugt werden. Im Vergleich
80
Diskussion
zum Elastizitätsmodul des Dentins (15.000-20.000 N/mm2) [74] und des Alveolarknochens (Spongiosa: 1370 N/mm2 ) [126], (Kortikalis: 13700 N/mm2) [59]
liegt der Elastizitätsmodul des verwendeten Modellstumpfmaterials allerdings
deutlich niedriger. Bei der Betrachtung der Ergebnisse muss dieses berücksichtigt werden, weil der Elastizitätsmodul des Modellstumpfmaterials Auswirkungen
auf die Bruchlast vollkeramischer Restaurationen hat. In einer Studie von Kappert et al. [50] wurde herausgefunden, dass die Belastbarkeit von Prüfkörpern
aus Vollkeramik mit starr gelagerten Stümpfen höher lagen als von elastisch
gelagerten. In einer Untersuchung von Hübben [44] führte die Steigerung des
E-Moduls des Stumpfmaterials zu einer signifikanten Erhöhung der Bruchfestigkeit von Molarenkronen aus IPS-Empress. Bezieht man die Ergebnisse aus der
Untersuchung von Hübben auf die vorliegende Studie, so kann folgendes vermutet werden: Da die Brücken in der vorliegenden Studie auf elastisch gelagerten Stümpfen getestet wurden, die einen weitaus niedrigeren Elastizitätsmodul
aufweisen als physiologisch festverankerte natürliche Zähne, könnten die viergliedrigen Brücken in vivo sogar höhere Bruchlasten erzielen.
Bei der Verwendung von Modellstümpfen bzw. Modellen aus Metall liegt ein
Elastizitätsmodul der Größenordnung von 100.000 N/mm2
vor, der deutlich
höher ist, als der des Dentins und des Alveolarknochens. Eine so große Steifigkeit vermindert die Eigenverformbarkeit der Modelle und hat zur Folge, dass die
Brücken übernatürlich gestützt und die Bruchlasten dadurch unrealistisch hoch
werden.
5.1.3
Herstellung der Brücken
Das Empress 2-Brückenmaterial ist laut Herstellerempfehlungen lediglich für
dreigliedrige Brückenkonstruktionen bis zum zweiten Prämolaren einzusetzen.
In dieser Studie wurde bewusst gegen diese Empfehlung verstoßen, indem
viergliedrige Seitenzahnbrücken aus dem Material hergestellt wurden. Dies
geschah, weil in dieser Untersuchung ein typischer Vertreter der konventionellen Hartkernkeramiken mit einer Hochleistungskeramik verglichen werden
sollte. Dazu bot sich das Empress 2-System an, das in der Zahntechnik sehr
gut etabliert ist. Außerdem konnten durch die Verwendung der industriell vorge81
Diskussion
fertigten Pressrohlinge aus einer Charge Gerüste mit optimaler Materialhomogenität hergestellt werden.
Es stellte sich ferner heraus, dass die gepressten viergliedrigen Brückengerüste
auf dem Urmodell nicht passten, wenn sie streng nach Gebrauchsanleitung
hergestellt wurden. Sie waren in der sagittalen Ausdehnung zu weit. Es musste
die Einbettmasse entgegen der Herstellerempfehlung mit einer 40 %-igen Anmischflüssigkeit angemischt werden, um passende Brückengerüste aus
Empress 2-Kernmaterial herstellen zu können. Es kam, vermutlich als Folge der
veränderten Flüssigkeitskonzentration, in drei Fällen zum Abbruch des Heißpressvorgangs, weil die Muffel gerissen war und dadurch das Brückengerüst
unbrauchbar wurde. Um die Gerüststärken an die der zum Vergleich anstehenden Lava-Brücken anzupassen, wurden die Empress 2-Brückengerüste mit
einer Wandstärke von 0,7 mm modelliert, obwohl der Hersteller eine Wandstärke von 0,8 mm empfiehlt. Dies hatte mit Sicherheit einen festigkeitsmindernden
Einfluss auf die Empress 2-Brückenkonstruktion.
5.1.4
Gestaltung der Prüfkörper
In der vorliegenden Studie war die Gleichförmigkeit der Prüfkörper für die Sicherung der Vergleichbarkeit unter den verschiedenen Belastungsbedingungen
eine Grundvoraussetzung. Die Dimensionierung der Brückengerüste und der
Verblendschicht war in dieser Arbeit bei allen Prüfkörpern gleich. Die Prüfkörper
wurden unter den gleichen Bedingungen mit derselben Dimensionierung auf
identischen Modellen hergestellt. Dazu wurden die Brückengerüste vor dem
Verblendvorgang mit einem Tasterzirkel vermessen. Zur Verblendung der
Gerüste wurden spezielle Schablonen verwendet, um die Dimensionierung
genau zu überprüfen (siehe Kapitel 3.7). Das Vermessen der Gerüste mittels
Tasterzirkel wurde in der Untersuchung von Zellmer [133] beschrieben. Eine
Überprüfung der Verblendschichtdimensionierung wurde in anderen Studien
nicht erwähnt [5, 9, 133]. Falls dort nach Augenmaß gestaltet wurde, ist mit
einer größeren Streuung der Ergebnisse und verfälschter Signifikanz der Abweichung von Gruppe zu Gruppe zu rechnen.
82
Diskussion
5.1.5
Simulation der Pfeilerresilienz
Die Auslenkung der Zähne in der Alveole unter Belastung ist ein physiologischer Vorgang, bei dem die Kräfte vom Zahn über das Parodontium auf den
Knochen abgeleitet werden. Die Zähne sind im Kiefer durch das Parodontium
sowohl in axialer als auch in horizontaler Richtung resilient gelagert. Die Zahnbeweglichkeit ist von der Zahnlänge, der Anzahl der Wurzeln sowie der Kraftgröße und –richtung abhängig. Die Angaben in der Literatur hierzu variieren
[38, 89, 125]. Bei einer Belastung von 2 N bis 5 N (in orofazialer Richtung)
beträgt die Beweglichkeit nach Rateitschak et al. etwa 50-100 µm [87]. Niedermeier et al. ermittelten an klinisch festen bzw. geringfügig gelockerten Frontund Seitenzähnen eine mittlere Zahnbeweglichkeit von 86 µm bei einer Auslenkkraft von 1,5 N in horizontaler Richtung und 39 µm in axial-intrusiver Richtung [77].
Dieser Zahnbeweglichkeit wird ein nachteiliger Effekt auf die Haltbarkeit von
Zahnersatz, insbesondere vollkeramischer Restaurationen zugeschrieben.
Untersuchungen an vollkeramischen Brücken zeigten eine deutliche Abnahme
der Bruchfestigkeitswerte bei resilienter Lagerung der Pfeilerzähne [39, 50, 79,
84]. Deshalb sollte dieser Faktor auch bei In-vitro-Simulationen klinischer Situationen berücksichtigt werden. Denn bei einer starren Lagerung der Pfeilerzähne
bleiben diese Freiheitsgrade unberücksichtigt und die Konstruktion wird unverhältnismäßig hoch versteift. Auf einen Zahnersatz, der auf mehreren Stümpfen
gelagert ist, wie z.B. verblockte Kronen oder Brücken, wirken dadurch bei
Okklusion und Laterotrusion zusätzliche Druck-, Zug- und Scherspannungen.
Zur Nachahmung der natürlichen Zahnbeweglichkeit wird deshalb in In-vitroUntersuchungen versucht, die Wirkung des Parodontiums durch flexible Materialien wie Silikon, Kunststoffschläuche oder Gummiringe nachzuahmen, die um
die Zahnwurzeln platziert und dann in ein Sockelmaterial eingegossen werden
[29, 50, 68, 79, 39]. In der vorliegenden Untersuchung wurde das Parodontium
durch eine auf die Wurzeloberfläche der Pfeilerzähne aufgebrachte Latexschicht simuliert. Die Schichtdicke lag zwischen 0,35 mm und 0,55 mm. Die
Stümpfe waren somit in den Modellsockeln beweglich gelagert und zwar sowohl
durch das künstliche Parodontium (Latexschicht) als auch zusätzlich durch die
83
Diskussion
elastische Nachgiebigkeit des Modellsockels aus Polyurethan. Dieser weist
aufgrund des geringeren Elastizitätsmoduls gegenüber dem Alveolarfortsatz
eine größere Verformbarkeit auf. In Vorversuchen wurde die Stumpfbeweglichkeit an verschiedenen Polyurethan-Modellen geprüft. Es ergaben sich
für die latexummantelten Zahnwurzeln bei einer Belastung von 5 N maximale
Auslenkungen um 7 µm (in horizontaler Richtung) und um 3 µm (bei axialer
Belastung). Damit hatten die Pfeiler der Prüfmodelle eine deutlich geringere
Beweglichkeit als die natürlichen Zähne bei den Versuchen von Rateitschak et
al. [87] und Niedermeier et al. [77]. Die Testmodelle in der gewählten Ausführung weisen jedoch eine höhere Beweglichkeit auf als starre Vollmodelle aus
Polyurethan oder Metall. Die Charakteristik der Beweglichkeit der Stümpfe mit
künstlichem Parodontium ist aber noch in der Weise gegenüber natürlichen
Zähnen verändert, dass die stärkere initiale Beweglichkeit der Desmodontalfasern nicht simuliert werden kann.
84
Diskussion
5.1.6
Alterungssimulation
Zahnrestaurationsmaterialien unterliegen in der Mundhöhle neben den Belastungen beim Kauvorgang auch den korrosiven Einflüssen des Mundmilieus. Bei
längerer Verweildauer im Mund können diese Faktoren die Frakturwahrscheinlichkeit einer vollkeramischen Restauration erhöhen [44, 114].
Die Dauerfestigkeit ist eine praxisnahe Größe. Es ist die Spannung, die ein
dynamisch belasteter Werkstoff dauerhaft ohne nennenswerte Ermüdungserscheinungen ertragen kann. Um die Überlebensrate und das Verhalten von
Materialien oder einer Konstruktion unter den Beanspruchungen im Mund abzuschätzen, müssen diese unter Dauerbelastungen getestet werden. In dieser
In-vitro-Arbeit wurden die mechanischen Belastungen, denen Zahnersatzmaterialien beim Kauvorgang ausgesetzt sind, durch 1.000.000 Belastungszyklen
mit einer Schwellast von 100 N simuliert.
Wenn eine Restauration den zugefügten Belastungen während 106 Zyklen ohne
Fraktur widerstehen kann, dann kann dies als gute Voraussetzung für die klinische Erprobung solcher Restaurationen angesehen werden.
Bei keramischen Materialien unterscheidet man eine Anfangs- bzw. statische
Festigkeit und eine Dauerfestigkeit. Die Anfangsfestigkeit wird direkt nach der
Herstellung ohne jegliche Art von Alterung gemessen. Bei Keramiken ist die
Dauerfestigkeit klinisch wesentlich relevanter als die üblicherweise gemessene
Anfangsfestigkeit, weil die sich ständig wiederholenden Belastungen beim
Kauvorgang zu einer Verminderung der Belastbarkeit führen [34, 44]. Diese
Verminderung ist von zufällig im Material vorhandenen Rissen und deren Ausbreitung (unterkritisches Risswachstum) abhängig [40, 73, 95]. Die Kausimulation bildete deshalb in dieser Studie einen wesentlichen Bestandteil eines Invitro-Prüfzyklus, der die Untersuchung der Brückenrestaurationen unter kliniknahen Bedingungen erlaubte.
Auch die Abschätzung der Anzahl der täglichen Zahnkontakte ist zur Bewertung
der Überlebenszeit einer Zahnrestauration wichtig. Die Werte in der Literatur
schwanken hierzu sehr stark. Nach Brewer [10] treten pro Tag bis zu 14.000
dynamische Kontakte verschiedenster Krafteinleitung zwischen den Zähnen
auf. Diese Kontakte kommen nicht nur durch Kautätigkeit zustande, es existie-
85
Diskussion
ren daneben auch Belastungen durch Parafunktionen, Leermastikation, Schlucken oder Sprechen, bei denen teilweise nur sehr geringe Kräfte auf die Restauration übertragen werden. Renggli et al. [88] ermittelten eine tägliche Belastungszeit von zwölf Minuten durch Kaukontakte und sechs Minuten für Schluckkontakte. Legt man die von Bates et al. [4] ermittelte Kaufrequenz von 60 bis
120 pro Minute zugrunde, dann entsprechen die 1.000.000 Belastungszyklen
der vorliegenden Studie einer Mundverweildauer zwischen ein bis drei Jahren.
In einer umfangreichen Literaturrecherche kommen Körber und Ludwig [55] zu
dem Ergebnis, dass für die maximale Kaukraft ein mittlerer Wert von ca. 300 N
anzunehmen ist. Kaukraftmessungen an Brückenersatz, die von Kraft und
Klötzer durchgeführt wurden, ergaben einen vergleichbar hohen Wert [54, 56],
dem Zahnersatz ausgesetzt ist und standhalten muss. Eichner [21]ermittelte in
seinen Untersuchungen für den Seitenzahnbereich beim Kauen durchschnittliche Kräfte von 10,5 N bis 22 N und beim Schlucken von 44 N. Da kurzfristig
auch höhere Kräfte auftreten können [1, 63, 124], wurde die Schwellast in der
vorliegenden Studie auf 100 N festgelegt. Diese im Vergleich zu den Messergebnissen von Eichner relativ hoch erscheinende Schwellast, sollte eine starke
Beanspruchung der Testbrücken simulieren, um daraus eine Einschätzung der
Eignung dieser viergliedrigen Seitenzahnbrücken für weitere Untersuchungen in
vivo ableiten zu können.
Neben die auf eine Zahnrestauration einwirkenden Kaukräfte muss außerdem
das die Langzeitfestigkeit negativ beeinflussende unterkritische Risswachstum
berücksichtigt werden, welches die Belastbarkeit von Keramiken um etwa die
Hälfte verringern kann [103, 105]. Bei der künstlichen Alterung von Prüfkörpern
wird neben der mechanischen Belastung häufig auch eine thermische Belastung durchgeführt [66, 93]. In der Mundhöhle entstehen thermische Belastungen an Zahnrestaurationsmaterialien durch Temperaturdifferenzen bei der
Nahrungsaufnahme. Diese Temperaturunterschiede liegen nach Marx zwischen
–8 °C und +81 °C [70]. Daraus resultieren an Zahnsubstanz und Zahnersatz
Temperaturen von 5 °C bis 55 °C. In Laborstudien wird Thermocycling zwischen 5 °C und 55 °C zur künstlichen Alterung dentaler Materialien häufig
86
Diskussion
angewendet [3, 57, 66, 79] und wurde deshalb auch in der vorliegenden Studie
dafür genutzt.
5.1.7
Wasserlagerung
Wasser hat einen festigkeitsmindernden Einfluss auf keramische Materialien.
Der Einfluss von Feuchtigkeit auf die unterkritische Rissausbreitung ist bei
Glas- und Aluminiumdioxid-Keramik häufig untersucht worden und die Degradation der mechanischen Eigenschaften als Folge dessen anerkannt worden [2,
33]. Dentalkeramiken sind auch anfällig für Risswachstum, das durch Feuchtigkeitseinwirkung mit der Zeit verstärkt wird. Das langsame Risswachstum unter
Spannung im feuchten Milieu ist als Spannungsrisskorrosion bekannt [73, 91].
Das bedeutet, dass vorhandene Defekte oder Risse in der Keramik weiter
fortschreiten und sich vergrößern, wenn sie in direktem Kontakt mit Wasser
stehen. Deshalb war die Wasserlagerung ein wichtiger Bestandteil der vorliegenden
Untersuchung.
Pauli
[79]
hat
diesen
Effekt
an
In-Ceram-
Seitenzahnbrücken beobachtet, die zwei Monate im Kunstspeichel lagerten.
Geis-Gerstorfer et al. [33] untersuchten 2 mm dicke, scheibenförmige Prüfkörper aus den Keramiken IPS-Empress und In-Ceram. Sie beobachteten an den
vorgeschädigten Prüfkörpern, die sechs Monate lang in 37 °C temperierten
destillierten Wasser lagerten, eine fortschreitende Festigkeitsabnahme infolge
von Spannungsrisskorrosion. Sie stellten ebenfalls fest, dass die Spannungsrisskorrosion bei längerer Wasserlagerung zunahm.
In dieser Studie wurde der Einfluss des Wassers durch eine 220-tägige
Wasserlagerung bei 36 °C getestet. Den Untersuchungen von Pauli und GeisGerstorfer et al. zufolge war damit ein ausreichend großer Zeitraum vorhanden,
um Spannungsrisskorrosionsprozesse zu erwarten. Die Brücken in dieser Untersuchung wurden immer kombiniert der Wasserlagerung und der thermomechanischen Wechselbelastung ausgesetzt. Man kann an den Ergebnissen
dieser Studie also nicht ableiten, ob die Spannungsrisskorrosion oder die thermomechanische Wechselbelastung stärkeren Einfluss auf die Festigkeitsminde-
87
Diskussion
rung der Brücken hatte. Da diese Faktoren in der Mundhöhle immer miteinander auftreten, wurden sie in dieser Untersuchung auch kombiniert angewendet.
5.1.8
Die definierte mechanische Vorschädigung der
Brückengerüste
Keramische Materialien können Spannungsspitzen nur schlecht kompensieren.
Diese Spannungen konzentrieren sich an Defekten oder Mikrorissen [95] die
dann zu Ausgangspunkten von Rissen werden können und sich durch langsames Risswachstum weiter ausbreiten und damit die Belastbarkeit der Restauration vermindern.
In der vorliegenden Untersuchung sollte ermittelt werden, wie stark sich ein
möglicher Verarbeitungsfehler bei der Herstellung der Brücken auf die Bruchlast
auswirkt. Dieser Defekt wurde in Form eines 30 µm tiefen und 180 µm breiten
Ritzes am unverblendeten Brückengerüst angebracht.
Die Vorschädigung keramischer Prüfkörper in Form einer Kerbe fand bereits in
zahlreichen Untersuchungen Anwendung, um die Bruchzähigkeit zu bestimmen
bzw. den Einfluss auf die Dauerfestigkeit aufzuzeigen. Antis et al. [2] bestimmten die Bruchzähigkeit von Keramiken durch unmittelbare Vermessung der
Rissverläufe an Eindrücken in der Oberfläche, indem sie bruchmechanische
Ansätze als Basis für ihre Berechnungen verwendeten . Tinschert et al. [118]
schädigten vollkeramische Prüfkörper aus mit Zirkoniumdioxidanteilen modifizierter In Ceram Alumina-Keramik mit einem 100 µm dicken Sägeblatt und einer
relativen Kerbtiefe von 50-80 µm, bevor an ihnen ein Biegeversuch durchgeführt wurde.
Fäßler [25] untersuchte Prüfkörper aus einer Zirkoniumdioxidkeramik und einer
glasinfiltrierten Aluminiumoxid-Keramik auf ihre Dauerfestigkeit. Zur Simulation
von Oberflächendefekten in der Keramik legte er einen durchgehenden scharfen Riss mit begrenzter Tiefe (ca. 75 µm) an der Probenunterseite durch Erzeugen einer Serie von Knoop-Härteeindrücken an. Hinzu kam ein künstlicher
Alterungsprozess durch Wasserlagerung und Schwingbeanspruchung. Fäßler
stellte bei beiden Werkstoffen einen Abfall der Belastbarkeit fest.
88
Diskussion
Im Vergleich zu den Untersuchungen von Antis [2] , Tinschert [118] und Fäßler [25] ist in der vorliegenden Studie die Ritztiefe klein gewählt. Auf Grund der
Vorgabe, die Untersuchung möglichst kliniknah durchzuführen, wurde im Vorversuch (siehe Kap. 3.6) die Tiefe des Ritzes ermittelt, die beim Bearbeitungsprozess real entstehen könnte.
Im Gegensatz zu der Studie von Fässler [25], in der mit Hilfe von KnoopHärteeindrücken scharfe Risse erzeugt wurden, waren die mit Hilfe einer Diamantschleifscheibe erzeugten Ritze in der vorliegenden Studie nicht scharf
konturiert, sondern mehr abgerundet. Es war demzufolge mit geringerer Spannungsüberhöhung bei Belastung und geringer Wahrscheinlichkeit einer Bruchauslösung zu rechnen.
Langsames Risswachstum in Keramiken ist durch mechanische Spannungen
an der Rissspitze bedingt und wird durch Korrosionserscheinungen noch verstärkt. Das gleichzeitige Vorhandensein von mechanischen Spannungen und
Wasser reduziert die Oberflächenenergie in der Nähe der Rissspitze und bewirkt langsamen Rissfortschritt. Fehlt das Medium Wasser im Bereich der Rissspitze, wird das unterkritische Risswachstum verlangsamt. [73] .
Im Gegensatz zu den Studien von Antis [2], Tinschert [118] und Fäßler [25]
wurden die Gerüste in der vorliegenden Arbeit nach dem Anritzen verblendet.
Das bedeutet, der Ritz stand nicht im direkten Kontakt mit dem korrosiven
Medium Wasser, sondern war durch die Verblendkeramik abgedeckt. Dieser
letztgenannte Sachverhalt kann als Grund für die Tatsache herangezogen
werden, dass sich die definierte mechanische Vorschädigung in der vorliegenden Studie im Gegensatz zu den Ergebnissen von Fäßler nicht signifikant auf
die Bruchlast auswirkte.
Die in der vorliegenden Studie eingesetzten Vollkeramiken sind mit Verstärkungsmechanismen ausgestattet, die dem unterkritischen Risswachstum entgegenwirken sollen. In der Lava-Gerüstkeramik (Yttrium-teilstabilisierte Zirkoniumdioxidkeramik) kommt es unter Belastung zu einer Phasenumwandlung von
der tetragonalen in die monokline Struktur und damit zu einer Volumenexpansion von 3-5 %. Die resultierende Druckspannung wirkt dem Risswachstum
entgegen und erhöht den Energiebedarf für weiteres Risswachstum [24, 112].
89
Diskussion
Der Verstärkungsmechanismus in den Gerüstmaterialien konventioneller Vollkeramiksysteme wie Empress 2 basiert dagegen auf der Partikelverstärkung.
Durch das Einbringen einer kristallinen Phase in eine Glasmatrix soll ein Riss,
der in die Glasmatrix hineinläuft, an der Grenzschicht zwischen kristallinem
Partikel und Glasmatrix gestoppt oder in seiner Richtung umgelenkt werden [71].
5.1.9
Zementierung der Brücken
Vollkeramische Restaurationen sollten auf dem Zahnstumpf keine primäre
Friktion aufweisen, da diese rissauslösende Zugspannungen in der Restauration hervorrufen könnte. Die fehlende primäre Friktion vollkeramischer Versorgungen muss deshalb durch ein geeignetes Befestigungsverfahren kompensiert
werden. Ein stabiler Verbund zwischen Restauration und Pfeilerzahn erhöht die
Retention, aber auch die Bruchfestigkeit des Zahnersatzes [11].
In der vorliegenden Studie wurden die Brücken mit einem konventionellen
Glasionomer-Zement auf die Kunststoffstümpfe zementiert. Burke et al. empfehlen dagegen beim Einsatz vollkeramischer Restaurationen die adhäsive
Befestigung [12]. Die adhäsive Befestigung vollkeramischer Einlagefüllungen
oder Veneers ist in zahlreichen klinischen Untersuchungen dokumentiert und
ein elementarer Bestandteil dieser Restaurationsstechniken [17, 31, 80]. Da
diese Vollkeramikarten nicht über ein Hartkerngerüst verfügen, muss die erforderliche Stabilität durch den Klebeverbund aus Keramik, Befestigungskomposit
und Zahnschmelz mittels mikromechanischer Retention erreicht werden. Eine
In-vitro-Untersuchung von Piwowarczyk et al. zeigte, dass konventionelle Befestigungszemente in Verbindung mit Glaskeramiken und einer polykristallinen
oxidischen Keramik keinen stabilen Haftverbund generieren können [81]. In
einer weiteren In-vitro-Untersuchung fanden Piwowarczyk et al. [82] heraus,
dass die adhäsive Befestigung von Empress 2- und Lava-Restaurationen in
Kombination mit einer Oberflächenkonditionierung durch Abstrahlen mit Al2O3
oder tribochemische Siliziumdioxid-Beschichtung eine dauerhafte Verbundfestigkeit zwischen Vollkeramik und Pfeilerzahn erzeugt. Pospiech [83] weist
90
Diskussion
dagegen darauf hin, dass hartkernunterstützte Vollkeramiken aufgrund hohen
Festigkeit mit konventionellen Zementen auf der Basis makromechanischer
Retention befestigt werden können.
Eine adhäsive Befestigung wäre in dieser In-vitro-Studie nur sinnvoll gewesen,
wenn natürliche Zähne als Pfeilerzähne eingesetzt worden wären.
Hätte man in dieser Untersuchung gleiche Brücken auf natürlichen Pfeilerzähnen mit einem adhäsiven Befestigungsmaterial zementiert, dann wären
möglicherweise höhere Bruchlasten zu erreichen gewesen. Da man aber davon
ausgehen kann, dass eine absolute Trockenlegung unter Mundbedingungen für
Brückenkonstruktionen im Seitenzahnbereich nur selten realisierbar ist, war es
klinikrelevanter, die Brücken konventionell zu zementieren. In In-vitro-Studien
ist das Befestigen von vollkeramischen Restaurationen mit konventionellen
Zementen auf künstlichen Stümpfen eine häufig angewandte Methode [50].
Ein weiterer Aspekt, der für diese Vorgehensweise spricht, sind die Ergebnisse
aus der In-vitro-Studie von Hübben [44]. In seiner Untersuchung an IPSEmpress Molarenkronen fand Hübben heraus, dass die adhäsive Befestigung
im Vergleich zur Befestigung mit Zinkoxidphosphatzement zu einer Steigerung
der Bruchfestigkeitswerte führte. Diese Werte glichen sich jedoch einander an,
sobald die Kronen einer künstlichen Alterung durch Wasserlagerung und thermomechanischer Wechselbelastung ausgesetzt wurden.
5.1.10 Untersuchung der Bruchlast
Zahnrestaurationen in Form von Brücken bestehen im Allgemeinen aus mindestens zwei verschiedenen Komponenten, dem Gerüstmaterial und dem Verblendmaterial. Es handelt sich also um Werkstoffverbunde, deren einzelne
Bestandteile eigene Festigkeitswerte aufweisen. Bei solchen komplexen Konstruktionen entscheidet zum einen die Schichtstärke der einzelnen Materialien
und zum anderen der Verbund zwischen diesen über die Festigkeit der Gesamtrestauration. Das bedeutet, dass man bei den Bruchversuchen solcher
Konstruktionen nicht von der Ermittlung der Bruchfestigkeit, sondern der Bruchlast spricht. Die Festigkeit ist dagegen eine Materialeigenschaft, die den spezifischen Widerstand des einzelnen Materials gegen Zerstörung durch äußere
91
Diskussion
Spannung beschreibt. Um eine spezifische Festigkeit eines Materials zu ermitteln, werden Probekörper unter Normbedingungen untersucht. Die mechanische Belastbarkeit einer Zahnrestauration ist zwar von der Dauer und Richtung
der einwirkenden Kraft abhängig, entscheidend sind aber auch die Festigkeitseigenschaften des Materials, die Formgebung und die angewandten Materialstärken. Bei Werkstoffverbunden entscheiden das Verhältnis und die Verteilung
der verschiedenen Materialien im Querschnitt und die Festigkeit des Verbundes
über die Belastbarkeit einer Restauration [102, 103, 104].
In der vorliegenden Studie wurde die Kraft in axialer Richtung auf den Prüfkörper aufgebracht. Mit dieser Form der Krafteinwirkung können höhere Bruchlasten erreicht werden als bei horizontalen oder schräg auftreffenden Kräften.
Horizontalkräfte treten beim Abbeißvorgang z.B. an Frontzahnrestaurationen
auf und sollten prinzipiell bei einer In-vitro-Untersuchung berücksichtigt werden.
Da es sich bei den untersuchten Brücken jedoch um Seitenzahnbrücken handelt, ist davon auszugehen, dass bei Kaubelastungen hauptsächlich axiale
Kräfte auf die Brücke einwirken. Horizontalkräfte durch Zungendruck beim
Sprechen und Kauen sind dagegen vernachlässigbar und wurden daher bei
dem vorliegenden Versuchsaufbau nicht nachgeahmt.
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Kraft zu erreichen, wurde die
Kraft auf eine Kugel mit 6 mm Durchmesser übertragen, die im Zentrum der
Restauration in einer stabilen Drei-Punkt-Abstützung lag. Zusätzlich gewährte
eine 0,2 mm starke Zinnfolie die Reduktion auftretender Spannungsspitzen.
92
Diskussion
5.2
Diskussion der Ergebnisse
5.2.1
Bruchlasten der Brücken
Die Empress 2-Brücken zeigten im Mittel Bruchlasten von 279 N bis 394 N. Der
höchste erreichte Wert lag bei 521 N. Der geforderte Mindestwert von 600 N für
die Anfangsbelastbarkeit von Brücken im Seitenzahnbereich wurde von keiner
der untersuchten Empress 2-Brücken erreicht. Damit bestätigen sich die Herstellerempfehlungen, aus der Empress 2-Vollkeramik nur kleinspannige Brücken bis maximal zum zweiten Prämolaren als endständigen Pfeiler herzustellen.
Die Lava-Brücken zeigten im Mittel Bruchlastwerte von 1022 N bis 1369 N. Der
höchste erreichte Wert lag bei 1914 N und wurde an einer Brücke aus der
Kontrollgruppe gemessen. Der geforderte Mindestwert von 600 N für die
Anfangsbelastbarkeit von Brücken im Seitenzahnbereich wurde nur von einer
der untersuchten Lava-Brücken mit einem Wert von 597 N knapp verfehlt.
Diese Brücke kam ebenfalls aus der Kontrollgruppe. Da die Lava-Brücken auch
nach künstlicher Alterung, die einer maximal dreijährigen Beanspruchung im
Munde entspricht, Belastungen von über 600 N standhalten, scheint dieses
Vollkeramikmaterial für den Einsatz viergliedriger Seitenzahnbrücken nach den
in der Studie angesetzten Bedingungen geeignet zu sein. Tinschert et al. [115]
untersuchten vollkeramische Seitenzahnbrücken auf einem starren Modell. Sie
ermittelten für die dreigliedrigen Brücken aus Empress 2 statische Bruchlasten
von 1332 N, für Brücken aus In-Ceram Zirconia von 1692 N und für Brücken
aus DC-Zirkon von 2289 N. Für viergliedrige Brücken aus DC-Zirkon wurden
1607 N und für fünfgliedrige Brücken 1262 N gemessen. Die Belastung bis zum
Bruch erfolgte dabei bei den vier- und fünfgliedrigen Brücken auf zwei
Auflagepunkten, um eine gleichmäßigere Krafteinleitung zu erreichen.
Die von Tinschert et al. ermittelten Werte für viergliedrige und fünfgliedrige
Vollkeramikbrücken liegen deutlich höher als die in der vorliegenden Studie
gemessenen Werte. Dies könnte dadurch bedingt sein, dass einerseits starre
Modelle für die Bruchbelastungstests verwendet wurden, andererseits keine
künstliche Alterung angewendet wurde. Entscheidender war jedoch vermutlich
93
Diskussion
die unterschiedliche Konnektorgestaltung. Während Tinschert et al. alle
Brückenkonnektoren mit einer Ausdehnung in okkluso-zervikaler-Richtung von
5,4 mm ausstatteten, betrugen in der vorliegenden Studie die Konnektormaße
in gleicher Richtung zwischen 2,9 mm und 3,9 mm. Eine Gestaltung, wie sie
von Tinschert et al. angewendet wurde, ist klinisch im Seitenzahnbereich mit
Rücksichtnahme auf die parodontale Hygienefähigkeit einer Brückenkonstruktion nur schwer realisierbar. Die Gruppen in der Untersuchung von Tinschert et
al. bestanden außerdem nur aus fünf Brücken, so dass gegenüber der vorliegenden Studie mit einer erhöhten Unsicherheit der Ergebnisse zu rechnen ist .
In einer anderen Untersuchung von Tinschert et al. [119] wurden für dreigliedrige verblendete Seitenzahnbrücken zum Ersatz des Zahnes 16 aus Zirkoniumdioxidkeramik, die mit einem konventionellen Zement auf starre Modelle zementiert wurden, mittlere Bruchlastwerte von 2289 N gemessen. Bei diesen Brücken
wurde eine Konnektorstärke von 4 mm x 4 mm eingehalten. Filser et al. [29]
untersuchten dreigliedrige unverblendete Brückengerüste zum Ersatz eines
Molaren aus Empress 2, In-Ceram und Zirkoniumdioxid (hergestellt nach dem
DCM-Verfahren). Es wurden Verbinderstärken von 2,7 mm x 2,6 mm angewendet. Filser et al. erhielten mittlere Bruchlastwerte für die Anfangsbelastbarkeit
von 558 N (Empress 2), 453 N (In-Ceram) und 1192 N (Zirkoniumdioxid). An
diesen Werten zeigt sich, dass die erzielten Bruchlasten mit der Verbindergestaltung zusammenhängen. Denn Filser et al. arbeiteten mit einer geringen
Verbinderausdehnung in okkluso-zervikaler-Richtung und erreichten daher mit
einer dreigliedrigen Brückenkonstruktion aus Zirkoniumdioxid gerade ähnlich
hohe Bruchlasten, wie in der vorliegenden Studie mit viergliedrigen Zirkoniumdioxid-Brücken erzielt wurden.
Lüthy et al. [65] ermittelten an viergliedrigen Brückengerüsten aus Empress 2,
In-Ceram Zirconia und Cercon, die auf beweglich gelagerten Stümpfen ohne
Zementierung aufgesetzt wurden, Bruchlasten von 260 N (Empress 2), 470 N
(In-Ceram Zirconia) und für die Zirkoniumdioxidkeramik Cercon 706 N. Die
niedrigen Werte erklärt Lüthy durch die zu gering gewählte Konnektorstärke von
nur 7,3 mm2. In der Untersuchung von Lüthy zeigte sich ebenso wie in der
vorliegenden Arbeit der deutliche Unterschied in der Bruchlast zwischen den
Empress 2-Brücken und den Zirkoniumdioxid-Brücken.
94
Diskussion
Die Anfangsbelastbarkeit der Lava-Brücken in dieser Studie betrug im Mittel
1181 N. Im Vergleich dazu erzielten die Lava-Brücken nach künstlicher Alterung
durch thermomechanische Wechselbelastung mittlere Bruchlastwerte von
1035 N. Die Schlussfolgerung, die Schwickerath [103] aus seinen Untersuchungen zog, dass keramische Restaurationen nach einer Alterung mit 106
Belastungszyklen nur noch 50% der Ausgangsbelastbarkeit aufweisen, konnte
durch die Ergebnisse der vorliegenden Studie nicht bestätigt werden. Es wurde
in dieser Studie ein Abfall der mittleren Bruchlastwerte der Lava-Brücken nach
künstlicher Alterung um lediglich 12 % beobachtet. Bei den Lava-Brücken, die
sowohl einer thermomechanischen Wechselbelastung als auch der definierten
mechanischen Vorschädigung unterzogen wurden, konnte ebenfalls nur ein
vergleichsweise geringer Abfall der mittleren Bruchlastwerte um 13 % gemessen werden. Die Belastbarkeit sank zwar nach der künstlichen Alterung signifikant ab, sie blieb bei den Lava-Brücken trotzdem oberhalb des von Schwickerath geforderten Mindestwertes für die Anfangsbelastbarkeit von 600 N. Selbst
den von Tinschert [119] mit einem Sicherheitsaufschlag geforderten Wert von
1000 N für die Anfangsfestigkeit erfüllten die Brücken. Im Hinblick auf die im
Munde auftretenden Kaukräfte mit zeitweiligen Spitzenwerten erscheinen die
erreichten Bruchlastwerte der Lava-Brücken so hoch, dass es Erfolg versprechend scheint, viergliedrige Seitenzahnbrücken aus Zirkoniumdioxidkeramik
klinisch einzusetzen. Wird an vollkeramische Brückenrestaurationen im Seitenzahnbereich eine Mindestanforderung von 1000 N Anfangsbelastbarkeit gestellt, so können nur vollkeramische Systeme bestehen, die ein Gerüst aus
Hochleistungskeramik besitzen.
Entgegen den Erwartungen zeichneten sich in der vorliegenden Studie weder
bei den Brücken aus der Zirkoniumdioxidkeramik noch bei den Brücken aus
Lithiumdisilikat-Glaskeramik deutliche Verminderungen der Bruchlasten ab.
Das lässt vermuten, dass sich die mechanische Vorschädigung nicht rissinitiierend auswirkte. Dafür spricht ebenfalls die Tatsache, dass bei den Untersuchungen der Bruchflächen unter dem Rasterelektronenmikroskop kein Bruchausgang mit der Vorschädigung in Zusammenhang gebracht werden konnte.
95
Diskussion
Dies steht jedoch im Widerspruch zu den Untersuchungen von Fäßler, der
einen starken Abfall der Bruchlasten auf nur 30 % der Anfangsbelastbarkeit an
gekerbten In-Ceram-Keramikprüfkörpern feststellte [25].
Aus früheren In-vitro-Untersuchungen, in denen die Belastbarkeit vollkeramischer Brücken überprüft wurde, ist zu entnehmen, dass Seitenzahnbrücken, die
aus konventionellen Dentalkeramiken wie Procera, In-Ceram und Empress 2
angefertigt wurden, bereits bei Belastungen zwischen 260 N und 807 N frakturierten [5, 28, 29, 65, 92].
Zwar können die Ergebnisse dieser Untersuchungen wegen der bereits erwähnten unterschiedlichen Dimensionen der Brücken und der verschiedenen Versuchsanordnungen nur bedingt miteinander verglichen werden, jedoch ist die
Schlussfolgerung zulässig, dass konventionelle Vollkeramiksysteme nur für den
Einsatz von Brückenkonstruktionen im Seitenzahnbereich geeignet sind, die
den Herstellerangaben entsprechen. Das bedeutet, aus Empress 2 sind im
Seitenzahnbereich lediglich Brücken bis zum Ersatz eines Prämolaren vertretbar. Für Brückenkonstruktionen, die stärker im Kauzentrum stehen und Molaren
ersetzen, ist es unbedingt erforderlich, stärker belastbare Keramiken wie Zirkoniumdioxid für das Gerüst zu verwenden. Die Entscheidung, ob man es wagen
kann, auch vier- oder mehrgliedrige Seitenzahnbrücken aus einer Hochleistungskeramik einzugliedern, muss anhand der jeweiligen klinischen Situation
entschieden werden. Wenn die klinische Kronenlänge eine ausreichende Dimensionierung der Brückenkonnektoren nicht zulässt, sollte man von einer
solchen Konstruktion absehen.
Keramische Werkstoffe haben einen hohen Qualitätsstandard erreicht und
stellen heute eine unverzichtbare Werkstoffgruppe für die konservierende und
prothetische Zahnheilkunde dar. Die ästhetischen Möglichkeiten und die Biokompatibilität sind hervorragend. Die klinischen Erfahrungen der letzten Jahre
haben jedoch gezeigt, dass für Keramiken eine differenzierte Anwendung unabdingbar ist. Bei korrekter Indikation und Anwendung sind sie sehr erfolgreich
anwendbar.
96
Diskussion
5.2.2
Bruchverlauf
Das Versagen der Empress 2-Brücken war bei allen 40 Brücken durch einen
glatten Bruch charakterisiert, der stets in der Mitte der Konstruktion direkt unter
der einwirkenden Kraft verlief. Das Versagen der Lava-Brücken stellte sich
weitgehend auf gleiche Weise dar, lediglich fünf Brücken zeigten andere Bruchvarianten. Bei 35 Brücken verlief der Bruch der Gerüstkeramik mittig zwischen
den Brückengliedern 25/26. Bei zwei Brücken verlief der Hauptbruch quer durch
das Brückenglied 25. Bei einer Brücke verlief der Hauptbruch schräg durch die
Ankerkrone 24. Bei zwei Brücken kam es zu zwei Bruchstellen im Gerüstmaterial, wobei ein Bruch zwischen den Brückengliedern und der zweite schräg
in der Ankerkrone 27 verlief. Da die meisten Brücken den Hauptbruch an der
Verbindungsstelle zwischen den Brückengliedern 25/26 zeigten, kann man
schlussfolgern, dass die Dimensionierung des Konnektorquerschnitts an dieser
Stelle die Belastbarkeit einer vollkeramischen Brückenkonstruktion entscheidend beeinflusst. Hier erzeugt die von axial einwirkende Kraft Zonen höchster
Zugspannung [84]. Neben den Konnektorenabmessungen beeinflusste die
Kronenwandstärke der Brückenanker die Bruchlast, da die Kronenwand in
einigen Fällen in den Bruchverlauf miteinbezogen wurde. Tinschert et al. [119,
115] beobachteten in ihren Untersuchungen mit drei- bis fünfgliedrigen Vollkeramikbrücken etwas andere Frakturverläufe. Dabei nahmen die Frakturen ihren
Ausgang einseitig, ausgehend vom basalen Bereich der Brückengliedverbinder
oder vom Bereich der marginalen Kronenränder in unmittelbarer Nähe zum
Brückenglied, und setzten sich in okklusaler Richtung zum Angriffspunkt der
Krafteinleitung fort. Nur in wenigen Fällen wurde bei den mehrgliedrigen Brücken ein Frakturbeginn in den sich verjüngenden Verbindungsbereichen zwischen den Brückengliedern beobachtet. Dieses Bruchverhalten weicht von den
Beobachtungen in der vorliegenden Studie ab. Dies ist vermutlich auf die unterschiedliche Belastungsweise zurückzuführen, denn Tinschert et al. leiteten die
Kraft bei den vier- und fünfgliedrigen Brücken an zwei Stellen ein, um sie
gleichmäßiger zu verteilen, während in der vorliegenden Studie die viergliedrigen Brücken an einer Stelle zwischen den Brückengliedern bis zum Bruch
97
Diskussion
belastet wurden. Es stellt sich die Frage, welche der beiden Belastungsmethoden näher an der klinischen Praxis liegt. Da die okklusalen Kontaktpunkte
einer Zahnrestauration gleichmäßig eingestellt werden, ist eine Mehrpunktabstützung sicherlich häufiger im Munde anzutreffen als eine Einpunktabstützung.
Das bedeutet, die Belastungsart in der vorliegenden Studie stellt eher eine
Ausnahmesituation dar, die aber durchaus vorkommt z.B. beim Zerbeißen von
härterer Nahrung wie Nüssen oder Rohkost.
98
Zusammenfassung
6 Zusammenfassung
In dieser In-vitro-Untersuchung wurde die Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrücken aus zwei verschiedenen Vollkeramiksystemen ermittelt.
Außerdem wurde der Einfluss einer definierten mechanischen Vorschädigung am
Brückengerüst sowie der künstlichen Alterung durch Wasserlagerung und thermomechanische Wechselbelastung auf die Bruchfestigkeit analysiert.
Als Vertreter eines konventionellen Vollkeramiksystems wurde das am Markt etablierte System Empress 2 der Firma Ivoclar (Schaan/FL) betrachtet. Als Vertreter einer
Hochleistungskeramik auf Zirkoniumdioxidbasis wurde das Lava-Vollkeramiksystem
der Firma 3M Espe (Seefeld) verwendet.
Zur Ermittlung der Bruchlasten wurden aus jedem Vollkeramikmaterial 40 Brücken
gleicher Dimension zum Ersatz der Zähne 25 und 26 hergestellt. Für die Schaffung
möglichst kliniknaher Bedingungen wurden bei der Herstellung der Brücken die
gleichen Behandlungsschritte wie bei einer echten Patientenarbeit durchgeführt.
Dazu diente ein Urmodell zur Simulation der Patientensituation.
Die Brückengerüste jedes Vollkeramiksystems wurden nach ihrer Herstellung randomisiert auf vier Gruppen zu jeweils zehn Pobekörpern verteilt. Dabei unterschieden sich die vier Gruppen in der Vorschädigung und der künstlichen Alterung auf
folgende Weise: Die Gerüste der Kontrollgruppe wurden weder vorgeschädigt noch
künstlich gealtert, dann verblendet und dem Bruchbelastungstest unterzogen. Die
Gerüste von jeweils zwei Gruppen erhielten vor dem Verblenden eine definierte
mechanische Vorschädigung durch einen Ritz. Nach anschließender Verblendung
wurde eine dieser Gruppen sofort bis zum Bruch belastet, die andere vor dem
Bruchbelastungstest noch einer zusätzlichen thermomechanischen Wechselbelastung ausgesetzt. Die Brücken der vierten Gruppe wurden ohne Vorschädigung der
thermomechanischen Wechselbelastung ausgesetzt und dann bis zum Bruch belastet. Alle Brückengerüste wurden mit den systemeigenen Verblendkeramiken verblendet. Für die Belastungsprüfungen wurden die Brücken nach ihrer Fertigstellung
auf Kunststoffmodelle mit resilienter Pfeilerlagerung zementiert und in einer Universalprüfmaschine bei einer Taversengeschwindigkeit von 1 mm/min bis zum Bruch
belastet. Dabei erfolgte die Krafteinleitung im Bereich der Brückenzwischenglieder in
axialer Richtung.
99
Zusammenfassung
In der Gegenüberstellung der Bruchlasten beider Brückenmaterialien zeigten sich die
Brücken aus Zirkoniumdioxid-Keramik gegenüber der Lithiumdisilikat-Glaskeramik
deutlich überlegen. Die mittleren Bruchlasten der Brücken aus LithiumdisilikatGlaskeramik lagen in allen Versuchsgruppen mit Werten von 279 N bis 394 N deutlich unterhalb des in der Literatur geforderten Minimalwertes für Seitenzahnbrücken
von 600 N. Die Zirkoniumdioxid-Brücken erreichten dagegen in allen Versuchsgruppen mittlere Bruchlasten, die mit Werten von 1022 N bis 1369 N deutlich über 600 N
lagen.
Bei beiden Vollkeramikmaterialien kam es zu einer signifikanten Verringerung der
Belastbarkeit um 12% bis 13% nach der künstlichen Alterung durch thermomechanische Wechselbelastung. Dagegen wirkte sich die mechanische Vorschädigung bei
keinem der beiden Vollkeramikmaterialien signifikant auf die Bruchlast aus.
Bei dem Vergleich mit anderen Studien konnte ein Zusammenhang zwischen der
Bruchlast und der Dimensionierungsweise der Verbinder festgestellt werden.
Folgende Sachverhalte haben in Kombination vermutlich dazu beigetragen, dass
sich die definierte mechanische Vorschädigung in der vorliegenden Studie nicht
signifikant auf die Bruchlast auswirkte: Einerseits waren die mit Hilfe einer Diamantschleifscheibe erzeugten Ritze in der vorliegenden Studie nicht scharf konturiert und
konnten daher nur in geringem Maße zu einer Rissinitiierung beitragen. Andererseits
wurden die künstlich erzeugten Ritze mit Verblendkeramik abgedeckt und standen
somit nicht im direkten Kontakt mit dem korrosiven Medium Wasser. Dadurch konnte
kein langsames Risswachstum durch Korrosion stattfinden.
Die hohe Belastbarkeit der Zirkoniumdioxid-Brücken bietet die Chance, den Indikationsbereich auf viergliedrige Seitenzahnbrücken aus diesem Material auszudehnen.
Die klinische Einsatzmöglichkeit von Empress 2-Brücken wird vom Hersteller nur für
dreigliedrige Brücken bis zum Ersatz des ersten Prämolaren empfohlen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung können diese Empfehlung bestätigen.
100
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111
Abkürzungsverzeichnis
8
Abkürzungsverzeichnis
Aqua dest.
Aqua destillata
°
C
Grad Celsius
CAD
Computer Aided Design
CAM
Computer Aided Manufacturing
CNC
Computerized Numerical Control
cm2
Quadratzentimeter
DCM
Direct Ceramic Machining
DIN
Deutsche Industrienorm
etc.
et cetera
g
Gramm
h
Stunde(n)
H2O
Wasser
l
Liter
ma.-%
Masseprozent
mg
Milligramm
min
Minute(n)
ml
Milliliter
mm2
Quadratmilimeter
PMMA
Polymethylmethacrylat
µm
Mikrometer
REM
Rasterelektronenmikroskop
TZP
Tetragonal Zirconia Polycrystal
Vol.-%
Volumenprozent
112
Abbildungsverzeichnis
9
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1:
Schema Studienverlauf
Abb. 2 a:
Urmodell von okklusal
Abb. 2 b:
Urmodell von bukkal
Abb. 3 a:
Abformung mit individuellem Löffel
Abb. 3 b:
Abgeformte Stümpfe
Abb. 4:
Meistermodell für die Herstellung der Lava-Brückengerüste
Abb. 5:
Sägemodell für die Herstellung der Empress 2-Brückengerüste
Abb. 6 a:
Modelliertes Empress 2-Brückengerüst auf dem Meistermodell
Abb. 6 b:
Zur Einbettung angestiftete Brückenmodellation auf dem Sockelformer
Abb. 7 a:
Muffelzubehör
Abb. 7 b:
Brückenmodellation in der Muffel
Abb. 8 a:
Muffel und Presskolben im Vorwärmofen
Abb. 8 b:
Pressofen
Abb. 8 c:
Muffel im Pressofen
Abb. 9 a:
Empress 2-Brückengerüst mit Reaktionsschicht nach dem Ausbetten
Abb. 9 b:
Abtrennen der Presskanäle am Empress 2-Brückengerüst unter
Wasserkühlung
Abb. 9 c:
Auf das Modell aufgepasstes Empress 2-Brückengerüst
Abb. 10 a:
Fräseinheit (Lava Form)
Abb. 10 b:
Bedienteil zur Fräseinheit
Abb. 10 c:
Weißkörper während des Fräsvorgangs
Abb. 10 d:
Ausgefräste Frontzahnbrücke
Abb. 10 e:
Lava- Brückengerüst auf dem Meistermodell
Abb. 11:
An der Innenlochsäge positioniertes Brückengerüst vor dem Anritzen
Abb. 12 a:
Silikonschlüssel zur zirkulären Dimensionsüberprüfung
113
Abbildungsverzeichnis
Abb. 12 b:
Silikonschlüssel zur vertikalen Dimensionsüberprüfung
Abb. 12 c:
Fertig verblendete Brücke mit Gegenbiss im Artikulator
Abb. 13 a:
Geschichtete Empress 2-Brücke vor dem ersten Dentinbrand von
palatinal
Abb. 13 b:
Geschichtete Empress 2-Brücke vor dem ersten Dentinbrand von
okklusal
Abb. 14 a:
Auf Tiefziehfolie befestigter Modellstumpf
Abb. 14 b:
Auf Tiefziehfolie
Plexiglasröhrchen
Abb. 14 c:
Modellstumpf im Plexiglasröhrchen
Abb. 14 d:
Mit Kunststoff ausgegossene Silikonform
Abb. 14 e:
Entformte Stumpfduplikatrohlinge
Abb. 15 a:
Kunststoffstümpfe während des Ablängens
Abb. 15 b:
Aufgeklapptes Polystyrolkästchen
Abb. 15 c:
Gekürzte Stumpfrohlinge
Abb. 16:
Stümpfe mit künstlichem Parodontium
Abb. 17 a:
Mit Heißklebstoff am Schwenkarm fixierte Brücke
Abb. 17 b:
Brücke mit Ausrichthilfen direkt vor dem Sockeln
Abb. 18:
Gesockelte Brücke in der Probekammer der mechanischen Wechsel-
befestigter
Modellstumpf
mit
übergestülpten
belastungsmaschine (Wasserberieselung noch ausgeschaltet)
Abb. 19:
Versuchsanordnung des Bruchbelastungstests
Abb. 20 a:
Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die Kontrollgruppen der
Empress 2- und Lava-Brücken (ohne WB, ohne Vorschädigung)
Abb. 20 b:
Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die mechanisch vorgeschädigten Empress 2- und Lava- Brücken
Abb. 20 c:
Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die thermomechanisch
wechselbelasteten Empress 2- und Lava- Brücken
114
Abbildungsverzeichnis
Abb. 20 d:
Einzel- und Mittelwerte der Bruchlast für die mechanisch
vorgeschädigten und thermomechanisch wechselbelasteten
Empress 2- und Lava-Brücken. (*) Durch einen Fehler der Traversensteuerung konnten die Messwerte der Empress 2-Brücken Nr. 1, 2
und 9 nicht zur statistischen Auswertung verwendet werden.
Abb. 21 a:
Durchschnittliche Bruchlast [N] von Brücken aus Empress 2 und Lava
für die verschiedenen Prüfungsgruppen
Abb. 21 b:
Boxplotdarstellung aller Bruchlasten der Empress 2- und Lava-Brücken
im Vergleich. Angegeben sind Median, mittlere Quartile, Extremwerte
sowie moderate (∗) und extreme (o) Ausreißer.
Abb.22 a:
Boxplotdarstellung der Bruchlasten der Brücken aus Empress 2. für die
verschiedenen Prüfungsgruppen. Angegeben sind Median, mittlere
Quartile, Extremwerte sowie moderate (∗) und extreme (ο) Ausreißer.
Abb. 22 b:
Boxplotdarstellung der Bruchlasten unbelasteter und thermomechanisch wechselbelasteter (WB) Brücken aus Empress 2. Angegeben
sind Median, mittlere Quartile, Extremwerte sowie moderate (∗) und
extreme (o) Ausreißer.
Abb. 23 a:
Boxplotdarstellung der Bruchlasten von Brücken aus Lava für die
verschiedenen Prüfungsgruppen. Angegeben sind Median, mittlere
Quartile, Extremwerte sowie moderate (∗) und extreme (ο) Ausreißer.
Abb. 23 b:
Boxplotdarstellung der Bruchlasten unbelasteter und thermomechanisch wechselbelasteter (WB) Brücken aus Lava. Angegeben sind
Median, mittlere Quartile, Extremwerte sowie extreme (o) Ausreißer.
Abb. 24:
Kraft-Weg-Diagramm beim Bruchversuch einer Empress 2-Brücke
Abb.25 a:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2- Brücke,
Ansicht von okklusal (Gruppe A)
Abb.25 b:
Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen Empress 2Brücke, Ansicht von okklusal (Gruppe A)
Abb. 25 c:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2-Brücke,
Ansicht von bukkal (Gruppe A)
Abb. 25 d:
Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen Empress 2Brücke, Ansicht von bukkal (Gruppe A)
115
Abbildungsverzeichnis
Abb. 25 e:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Empress 2-Brücke,
Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Abb. 25 f:
Detailaufnahme des Frakturverlaufes einer viergliedrigen
Empress 2-Brücke, Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Abb.: 26:
Kraft-Weg-Diagramm beim Bruchversuch einer Lava-Brücke
Abb. 27 a:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava- Brücke,
Ansicht von okklusal (Gruppe A)
Abb. 27 b :
Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen LavaBrücke, Ansicht von okklusal (Gruppe A)
Abb. 27 c:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava- Brücke,
Ansicht von bukkal (Gruppe A)
Abb. 27 d :
Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen LavaBrücke, Ansicht von bukkal (Gruppe A)
Abb. 27 e:
Typischer Frakturverlauf einer viergliedrigen Lava- Brücke,
Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Abb. 27 f :
Detailaufnahme des Frakturverlaufs einer viergliedrigen LavaBrücke, Ansicht von palatinal (Gruppe A)
Abb. 28 a:
REM-Aufnahme einer Empress 2-Brücke: Bruchkante Ansicht auf das
Brückenglied 25 im Bereich des Verbinders zwischen den
Brückengliedern (16-fache Vergrößerung)
Abb. 28 b:
REM-Aufnahme einer Empress 2-Brücke: Bruchfläche zwischen den
Brückengliedern. Detailaufnahme der Grenzfläche zwischen Gerüstmaterial und Verblendkeramik (120-fache Vergrößerung)
Abb. 29a:
REM-Aufnahme einer Lava- Brücke: Bruchkante Ansicht auf das
Brückenglied 26 im Bereich des Verbinders zwischen den
Brückengliedern (11-fache Vergrößerung)
Abb. 29 b:
REM-Aufnahme einer Lava- Brücke: Bruchkante Detailansicht der
Grenzfläche zwischen Gerüstmaterial und Verblendkeramik (300-fache
Vergrößerung)
Abb. 29c:
REM-Aufnahme einer Lava- Brücke: Bruchausgang im basalen
Bereich (100-fache Vergrößerung)
116
Tabellenverzeichnis
10
Tabellenverzeichnis
Tab. 1 a:
Zusammensetzungen des Empress 2-Kernmaterials und der
Empress 2-Verblendkeramik in ma.-%
Tab. 1 b:
Physikalische Eigenschaften des Empress 2-Kernmaterials
(Lithiumdisilikat-Glaskeramik)
Tab. 2:
Kristallstrukturen des reinen Zirkoniumdioxids in Abhängigkeit von der
Temperatur
Tab. 3:
Materialien zur Löffelherstellung
Tab. 4:
Materialien und Geräte zur Abformung des Urmodells
Tab. 5:
Materialien und Geräte zum Ausgießen der Abformungen
Tab. 6
Materialien und Geräte zur Meistermodellherstellung für die
Empress 2- Brücken
Tab.7:
Materialien und Geräte für die Modellation der Empress 2Brückengerüste
Tab. 8:
Materialien und Geräte für die Einbettung der modellierten Empress 2Brückengerüste
Tab. 9 a:
Materialien und Geräte für das Vorwärmen und Pressen der
Empress 2-Brückengerüste
Tab. 9 b.:
Pressparameter
Tab.10:
Materialien und Geräte zum Ausbetten und Ausarbeiten der
Empress 2-Brückengerüste
Tab. 11:
Materialien und Geräte zur Herstellung einer Verblendform und eines
Gegenbisses
Tab. 12 a:
Materialien und Geräte für das Verblenden der Brückengerüste
Tab. 12 b:
Brandführung der Empress2-Verblendkeramik
Tab. 12 c:
Brandführung Lava-Verblendkeramik
Tab. 13:
Materialien und Geräte zur Vervielfältigung der Kunststoffstümpfe
Tab. 14:
Materialien und Geräte zum Ablängen der Kunststoffstümpfe
Tab. 15:
Materialien und Geräte zur Sockelung der auf den Stümpfen
zementierten Brücken.
117
Tabellenverzeichnis
Tab. 16 a:
Mittelwert, Median, Minimum, Maximum und Standardabweichung der
Bruchlast für die Brücken aus Empress 2 in Abhängigkeit von der Vorbehandlung
Tab. 16 b:
Mittelwert, Median, Minimum, Maximum und Standardabweichung der
Bruchlast für die Brücken aus Lava in Abhängigkeit von der Vorbehandlung
Tab. 17:
Mittelwert und Standardabweichung der Bruchlast für die Brücken aus
Empress 2 in Abhängigkeit von der Vorschädigung (Ritz) und der
thermomechanischen Wechselbelastung (WB). Kein Einfluss der
Vorschädigung (p=0,878), signifikanter Einfluss der Wechselbelastung
(p=0,001). (Alle Werte in N).
Tab. 18:
Mittelwert und Standardabweichung der Bruchlast für die Brücken aus
Lava in Abhängigkeit von der Vorschädigung (Ritz) und der
Wechselbelastung (WB). Kein Einfluss der Vorschädigung (p=0,252),
signifikanter Einfluss der Wechselbelastung (p=0,002).
Tab. 19 a:
Aufstellung der Bruchlasten und Mittelwerte der Kontrollgruppen der
Empress 2- und Lava-Brücken.
Tab. 19 b:
Aufstellung der Bruchlasten und Mittelwerte der mechanisch
vorgeschädigten Empress 2- und Lava-Brücken.
Tab. 19 c:
Aufstellung der Bruchlast und Mittelwerte der thermomechanisch
wechselbelasteten Empress 2- und Lava-Brücken.
Tab. 19 d:
Aufstellung der Bruchlast und Mittelwerte der mechanisch vorgeschädigten und thermomechanisch wechselbelasteten Empress 2- und
Lava-Brücken. *) Durch einen Bedienungsfehler konnten die
Messwerte der Empress 2-Brücken Nr. 1,2 und 9 nicht zur statistischen
Auswertung verwendet werden.
118
Anhang
11
Anhang
Bruchlast in N
Prüfkörper Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 MW
Empress 2 Gr. A 413 451 345 441 383 220 363 410 269 521 381
Lava Gr. A
1125 1248 1090 1214 1211 1234 597 1914 1077 1096 1181
Tab. 19 a: Aufstellung der Bruchlasten und Mittelwerte der Kontrollgruppen der
Empress 2- und Lava-Brücken.
Bruchlast in N
Prüfkörper Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 MW
Empress 2 Gr. B 294 387 389 518 406 361 351 368 353 512 394
Lava Gr. B
1288 1387 1116 1395 1204 1324 1525 1422 1826 1206 1369
Tab. 19 b: Aufstellung der Bruchlasten und Mittelwerte der mechanisch vorgeschädigten Empress 2- und Lava-Brücken.
Bruchlast in N
Prüfkörper Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 MW
Empress 2 Gr. C 283 390 230 274 333 400 274 283 207 328 300
Lava Gr. C
1001 735 1089 979 967 1243 1278 612 1103 1346 1035
Tab. 19 c: Aufstellung der Bruchlasten und Mittelwerte der thermomechanisch
wechselbelasteten Empress 2- und Lava-Brücken.
Bruchlast in N
Prüfkörper Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 MW
Empress 2 Gr. D 0*
0* 176 259 200 208 357 422 0* 335 279
Lava Gr. D
833 1254 808 1254 830 1145 957 1184 1008 949 1022
Tab. 19 d: Aufstellung der Bruchlast und Mittelwerte der mechanisch vorgeschädigten und thermomechanisch wechselbelasteten Empress 2- und LavaBrücken. *) Durch einen Fehler der Traversensteuerung konnten die
Messwerte der Empress 2-Brücken Nr. 1,2 und 9 nicht zur statistischen
Auswertung verwendet werden.
119
Danksagung
12
Danksagung
Mein Dank gilt Frau Professorin Dr. M. Stiesch-Scholz für die freundliche
Überlassung des Dissertationsthemas sowie für die wertvolle Beratung und
Motivation, Teile dieser Arbeit zu veröffentlichen.
Herrn Dr. L. Borchers möchte ich für die Hilfestellung bei der Auswertung der Daten
danken.
Für die Erstellung der Bilder der Bruchflächenuntersuchungen unter dem
Rasterelektronenmikroskop danke ich Herrn Dr. T. Heidenblut vom Institut für
Werkstoffkunde (Universität Hannover).
Weiterhin gilt mein Dank den Firmen Ivoclar-Vivadent und 3M ESPE für die
Überlassung der Materialien zur Herstellung der Brücken und der Firma 3M ESPE
außerdem für die Herstellung der Brückengerüste.
Meinen Schwiegereltern danke ich herzlich für die ermutigenden Worte hinsichtlich
der Fertigstellung dieser Arbeit.
Meinem Bruder Jörg Scheike danke ich besonders für seine freundliche Hilfestellung
bei der Konfiguration meines Computers.
Besonderen Dank möchte ich an meine Eltern richten, die mich in allen bisherigen
Lebensphasen rückhaltlos unterstützt und gefördert und so meinen Lebensweg
entscheidend mitgeprägt haben.
Mein innigster Dank gilt meinem Ehemann Axel Schneemann, der mich stets
motivierte
und
mir
durch
sein
Einfühlungsvermögen,
Fachkompetenz im Verlauf dieser Dissertation zur Seite stand.
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Aufmerksamkeit
und
Lebenslauf
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Lebenslauf
Angaben zur Person:
Name:
Petra Schneemann geb. Scheike
Geburtsdatum:
18. April 1972
Geburtsort:
Hameln
Eltern:
Horst Scheike, Architekt und Dipl. Ingenieur
Adelheid Scheike geb. Wittur
Schulbildung:
1978-1982
Grundschule in Hameln-Wangelist
1982-1984
Orientierungsstufe West in Hameln
1984-1991
Schiller-Gymnasium in Hameln
Schulabschluss:
allgemeine Hochschulreife am 28.05.1991
Berufsausbildung:
1991-1994 Ausbildung zur Zahntechnikerin bei
Purucker Dentalwerkstätten in Hannover
Berufstätigkeit:
1994-1996 Dentallabor Pape in Hannover
1996-1997 F & M Dentaltechnik in Hannover
Studium:
1997-2002 Studium der Zahnheilkunde an der
Medizinischen Hochschule Hannover
Abschluss:
zahnärztliche Prüfung am 30.10.2002
Approbation:
26. November 2002
Berufstätigkeit:
ab dem 13. Januar 2003 wissenschaftliche Mitarbeiterin in
der Abteilung für Zahnärztliche Prothetik im Zentrum für
Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Medizinischen
Hochschule Hannover
Hannover, den_________
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(Petra Schneemann)
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Erklärung nach § 2 Abs 2 Nrm 5 und 6
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Erklärung nach § 2 Abs. 2 Nrn. 5 und 6
Ich erkläre, dass ich die in der Medizinischen Hochschule Hannover zur Promotion
eingereichte Dissertation mit dem Titel
Belastbarkeit viergliedriger Seitenzahnbrücken
aus hochfester Strukturkeramik
Eine In-vitro-Studie
in der Abteilung Zahnärztliche Prothetik des Zentrums Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
der Medizinischen Hochschule Hannover unter Betreuung von Frau Prof. Dr. Meike
Stiesch-Scholz ohne sonstige Hilfe durchgeführt und bei der Abfassung der Dissertation
keine anderen als die dort aufgeführten Hilfsmittel benutzt habe.
Ich habe die Dissertation bisher an keiner in- oder ausländischen Hochschule zur
Promotion eingereicht. Weiterhin versichere ich, dass ich den beantragten Titel bisher
noch nicht erworben habe.
Teilergebnisse der Dissertation wurden in folgenden Veröffentlichungen dargestellt:
Schneemann,
P.,
Borchers,
L.,
Stiesch-Scholz,
M.:
Belastbarkeit
4-gliedriger
Seitenzahnbrücken aus Vollkeramik. ZWR 2005;114: 28-36
Schneemann,
P.,
Borchers,
L.,
Stiesch-Scholz,
M.:
Belastbarkeit
viergliedriger
Seitenzahnbrücken aus Vollkeramik. Posterpräsentation zur Teilnahme am 18. Dentsply
Detrey-Förderpreis 2004 im Rahmen der 128. Jahrestagung der DGZMK, Stuttgart
30.09.-2.10.2004
Stiesch-Scholz, M, Schneemann, P., Borchers, L.: In vitro fracture resistance of four-unit
all-ceramic fixed partial dentures. Posterpräsentation General Session of the International
Association for Dental Research (IADR), Baltimore/USA 9.-12.03.2005
Hannover, den_________
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(Petra Schneemann)
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