Quasistatische mechanische Prüfung für computergestütztes Design und Herstellung von okklusalen Veneers, die auf gefrästes Dentin-Analogmaterial zementiert sind

Summary

Es wurde ein quasistatischer Belastungstest mit einer nicht fixierten Edelstahlkugel entwickelt, um die Bruchfestigkeit von minimalinvasiven posterioren computergestützten Design- und Fertigungsrestaurationen zu bestimmen, die auf dentinanaloge Materialien zementiert sind. Dieser Test modelliert das typische Belastungsregime, das für den Bruch von Zahnrestaurationen verantwortlich ist.

Abstract

Bei den derzeitigen minimal-invasiven Behandlungsschemata werden kleinere Zahnpräparationen und dünnere biomimetische Keramikrestaurationen verwendet, um die Vitalität, Ästhetik und Funktion des restaurierten Zahns zu erhalten. Neue keramische Materialien für computergestütztes Design und computergestützte Fertigung (CAD/CAM) sind jetzt verfügbar. Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, muss ein Zahnarzt die mechanische Festigkeit dieses neu eingeführten Produkts im Vergleich zur relativ spröden Glasmatrixkeramik kennen. Darüber hinaus wurde ein Zahnersatz für Laboruntersuchungen, insbesondere nach der Pandemie, beworben, und für seine Anwendung sind mehr Beweise erforderlich.

In dieser Studie wurde ein Laborprotokoll für einen monotonen Belastungstest zur Bestimmung der Bruchfestigkeit von 1 mm dicken CAD/CAM-Okklusionsveneers entwickelt. Die Master-Matrizen wurden aus Hochdruck-Glasfaserlaminat gefräst, das einen ähnlichen Elastizitätsmodul und eine ähnliche Haftfestigkeit wie hydratisiertes Dentin aufweist. Sie wurden in Endkappen aus Polyvinylchlorid (PVC) mit kalthärtendem Epoxidharz eingebaut. Okklusale Veneers, auch Tischrestaurationen genannt, wurden aus Lithiumdisilikat- (LD) und Harz-Nanokeramikblöcken (RNC) gefräst und mit doppelt ausgehärtetem Adhäsivharzzement auf vorbereitete Matrizen zementiert. Sie wurden vollständig aushärten gelassen, indem sie 48 Stunden lang bei 37 °C in destilliertem Wasser gelagert wurden.

Alle Proben wurden dann in eine Universalprüfmaschine gelegt und über eine nicht fixierte 5,5-mm-Edelstahlkugel geladen, die eine seitliche Bewegung ermöglicht, wie sie gegen die Antagonistenzähne auftreten würde. Die Kompression wurde mit einer Rate von 1 mm/min aufgebracht, und das Last-Verschiebungs-Diagramm wurde erstellt. Die durchschnittliche maximale Belastbarkeit von Restaurationen war in der RNC-Gruppe (3.212,80 ± 558,67 N) signifikant höher als in der LD-Gruppe (2727,10 ± 472,41 N) (p < 0,05). Während des Tests wurde kein Debonding festgestellt. Beide CAD/CAM-Materialien können eine ähnliche Fehlerverteilung aufweisen. An der Belastungsstelle wurde ein Hertzscher Kegelriss gefunden, während radiale Risse, die sich von der Zementationsoberfläche aus ausbreiten, in beiden Gruppen nahe dem Rand gefunden wurden.

Introduction

Metallfreie Restaurationen werden heute im Front- und Seitenzahngebiss aufgrund ihrer hervorragenden optischen Eigenschaften und Biokompatibilität stark bevorzugt¹. Der größte Nachteil solcher Materialien ist jedoch ihre Anfälligkeit für Bruch². Die meisten Keramiken sind anfällig für Risse, die durch Zugspannungen entstehen, selbst bei geringer Dehnung³. Frakturen von zahnkeramischen Prothesen entstehen in der Regel durch langsames radiales Risswachstum, das auf die langfristigen Zugbelastungen beim Kauen zurückzuführen^{ist 4}. Ihre Schwächen eskalieren mit intrinsischen Fehlern oder Defekten in den Materialien und extrinsischen Fehlern aus der Fertigung und Nachbearbeitung⁵. Die Biegefestigkeit, d. h. die Fähigkeit, Zugbelastungen standzuhalten, von dentalen CAD/CAM-Materialien kann durch Standardtests wie einachsige (3-Punkt- oder 4-Punkt-Biegen) und biaxiale Biegetests (Kugel-auf-Ring-, Ring-auf-Ring- und Kolben-auf-Drei-Kugeln) erreicht und verglichen werden. In der Zwischenzeit kann die Bruchzähigkeit, die Fähigkeit eines Materials, Risswachstum zu widerstehen, aus einem einschneidigen Kerbbalken und einem Eindringversuch abgeleitet werden. Diese Tests können jedoch das Verhalten der zementierten Prothesen mit unterschiedlichen anatomischen Konfigurationen nicht vollständig vorhersagen und darstellen⁶. Andere monotone oder dynamisch-mechanische Tests wurden eingeführt, um ihre Leistung unter verschiedenen klinischen Aspekten zu rechtfertigen ^7,8.

Der Belastungstest zum Frakturieren oder "Knirschen der Krone" wird in der Zahnmedizin häufig eingesetzt, um die Festigkeiten von keramischen Restaurationen mit komplexen Geometrien zu untersuchen und zu vergleichen ^9,10. Die monotone einachsige Kompression wird quasistatisch in vertikaler oder lateraler Richtung auf die Restaurationen ausgeübt, bis es zu einem katastrophalen Bruch kommt. Aus der maximalen Belastungskraft kann die Bruchfestigkeit des Werkstoffes bestimmt werden, wobei die Brucharten einschließlich der Lage und Richtung des Risses mikroskopisch untersucht werden können. Eine gute Restauration sollte in der Lage sein, sowohl der Druck- als auch der Zugbelastung durch die willkürliche maximale Bisskraft, die höchste Kaukraft, die von den Kieferhebemuskeln unter dem Einfluss der craniomandibulären Biomechanik erzeugt wird, und der Reflexbahn^11,12 standzuhalten, die in den Seitenzähnen bis zu 900 N betragen kann³. Darüber hinaus kann Bruxismus die Kraft im gleichen Bereich unwillkürlich auf 1.200 N erhöhen¹³. Neben den Materialeigenschaften (d. h. dem Elastizitätsmodul) beeinflussen Geometrien, Dicken, Adhäsivzement und Defektverteilungen die Festigkeit einer Prothese¹⁴. Es wurden jedoch Argumente für die klinische Relevanz solcher Tests vorgebracht, da die nichtklinischen hohen Kräfte und die Versagensmechanismen den klinischen Situationen unähnlich sind ^6,14. Ein Ermüdungsfestigkeitstest, der eine Stufenspannungsanalyse und einen intraoralen Zustand umfasst, kann ein realistischerer Ansatz sein, um die Langlebigkeit von Zahnrestaurationen vorherzusagen⁷. Nichtsdestotrotz ist die Bruchlast immer noch ein schneller, einfacher und wiederholbarer In-vitro-Test, um die Stärken neuer CAD/CAM-Keramikmaterialien zu vergleichen, die auf den Markt gebracht wurden und bei denen die Angaben des Herstellers möglicherweise nicht zuverlässig sind 15,16,17. Das Ergebnis kann die Toleranz der Prothese gegenüber extremen Kräften durch parafunktionelle Aktivitäten und unerwartete klinische Situationen wie das Beißen auf harte Samen oder Kies widerspiegeln, was auch bei Zahnprothesen zum Versagen führt 18,19,20,21.

Mit ihrem zunehmenden Einsatz zur Rehabilitation von Seitenzähnen wurde die mechanische Leistungsfähigkeit von okklusalen Veneers aus gefrästen und gedruckten CAD/CAM-Materialien unter verschiedenen Aspekten untersucht, darunter Materialtypen, prothetische Designs, Design der Zahnaufsatzvorbereitung, Dicken, Oberflächenbehandlungen, Adhäsivverbindungen und Befestigungszementsystem^22,23. Allerdings sind die Daten noch begrenzt, und die Prüfmaterialien stammen aus Glasmatrixkeramik und konventionellen CAD/CAM-Verbundwerkstoffen. Ein alternatives Hybridmaterial, Harz-Nanokeramik, ist jetzt verfügbar. Es wird behauptet, die Festigkeit nanokeramischer Füllstoffe und die Elastizität der Harzmatrix zu integrieren, die für dünne, minimalinvasive Restaurationen geeignet sein kann. Seine mechanische Leistung, insbesondere im molaren Bereich, erfordert jedoch mehr unterstützende Beweise für klinische Implikationen.

Bisher standen den Forschern in Labortests keine Materialien zur Verfügung, die natürliche Zähne ersetzen können. Hochdruck-Glasfaserlaminat (National Electrical Manufacturers Association; Seit 2010 wird die NEMA-Klasse G10) mit dem Handelsnamen Garolith als Dentin-Analogmaterial für die mechanische Prüfung von Dentalkeramik angeboten¹⁴. Es handelt sich um ein duroplastisches Verbundmaterial, das aus mehreren Schichten Glasfaser besteht, die unter hohem Druck in Epoxidharz getränkt sind. Es kann hohen Beanspruchungsbedingungen standhalten und verfügt über ähnliche elastische Eigenschaften, Ermüdungsverhalten und adhäsive Haftfestigkeiten wie hydratisiertes Dentin^14,24. Es bietet Vorteile gegenüber natürlichen Zähnen in Bezug auf die Probenvorbereitung, Standardisierung und ethische Zulassung, mit Zeitersparnis aufgrund geringerer Bedenken hinsichtlich der Biosicherheit²⁴. Die Oberflächenbehandlung kann durch Ätzen mit 5 % oder 10 % Flusssäure von 60 s bis 90 s und Auftragen eines Silan-Haftvermittlers^14,24 durchgeführt werden. Dennoch gibt es nur wenige Studien zu zementierten Prothesen mit diesem Material, und die Zuverlässigkeit der vorhandenen Evidenz ist nach wie vor fragwürdig^24,25.

In dieser Studie wurde ein Laborprotokoll für einen monotonen Belastungstest von 1 mm dicken okklusalen Veneers entwickelt, die auf die aus Dentinanalogmaterial gefrästen Master-Matrizen gegen eine nicht fixierte Edelstahlkugel gefräst wurden. Die maximalen Belastbarkeiten von zwei dentalen CAD/CAM-Materialien: Lithiumdisilikat (LD) - IPS e.max CAD und Harz-Nanokeramik (RNC) - Lava Ultimate, mit n = 15 pro Gruppe, wurden quantifiziert und statistisch durch einen unabhängigen t-Test mit zwei Stichproben und eine statistische Weibull-Analyse verglichen. Die Bruchmuster wurden auch unter optischer Stereomikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die Hypothese der Studie war, dass dies eine geeignete Methode ist, um das Versagen von okklusalen Veneers in der klinischen Anwendung zu modellieren. Die statistische Nullhypothese lautete, dass es keinen Unterschied in der maximalen Belastbarkeit zwischen den aus den beiden Materialien hergestellten okklusalen Veneers geben sollte.

Protocol

1. Herstellung von Zahnanalogien

1. Die Kaufläche des ersten Molaren des Unterkiefers (mit gegabelter Wurzel) anatomisch um 1 mm verkleinern und den Rand mit groben und feinen Diamantbohrern abschrägen.
2. Scannen Sie den präparierten Typodont mit einem Dentallabor-Scanner.
3. Öffnen Sie die gescannte Datei mit dem OrthoAnalyzer in der CAD-Software. Klicken Sie im Fenster des Sculpt-Toolkits auf das Wachsmesser-Werkzeug und stellen Sie dessen Durchmesser und Wasserwaage auf 2,6 mm bzw. 63 μm ein. Ziehen Sie nach und nach jede Wurzeloberfläche zueinander, um die gegabelten Wurzeln zu einer einzigen Wurzel zusammenzuführen, um den Fräsvorgang zu erleichtern (Abbildung 1).
4. Fräsen Sie die Zahnanalogmatrizen aus einem Hochdruck-Glasfaserlaminat (n = 30) (Garolite, National Electrical Manufacturers Association [NEMA] Klasse G10) mit einer Fünf-Achs-Fräsmaschine (Abbildung 2).

2. Montage

1. Verwenden Sie eine geeignete CAD-Software (z. B. Autodesk Inventor Professional 2025), um eine Vorrichtung zu entwerfen, die in den Fußbereich des Modellzahns und den Raum in den PVC-Endkappen passt, um eine standardisierte Position und Ausrichtung des Prüflings zu gewährleisten.
2. Drucken Sie mit einem 3D-Drucker eine Vorrichtung pro Teststück aus PMMA oder ähnlichem Modulmaterial.
3. Kombinieren Sie die Wurzelteile und Matrizen mit der PVC-Endkappe, typischerweise 25 mm im Innendurchmesser, 21,5 mm hoch und 5,5 mm in der Wandstärke.
4. Mischen Sie das kalthärtende, niedrigviskose Epoxidharz und gießen Sie es bis zum Zementschmelz-Übergangsbereich der Modellzähne. Achten Sie darauf, die Kaufläche der Modellzähne nicht mit dem fließenden Harz zu verunreinigen. Mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur vollständig aushärten lassen (Abbildung 3).

3. Herstellung von okklusalen Veneers

1. Importieren Sie die gescannte Datei des Zahnanalogons in die CAD-Software.
2. Bestimmen Sie unter Anweisungen die Einstichrichtung des Aufschlussveneers.
3. Wählen Sie unter Schnittstellen die Option Randlinie und markieren Sie die Randlinie des gescannten Zahnanalogons. Wählen Sie dann Die Schnittstelle | Stellen Sie die Einstellungen vor und stellen Sie den Zementspalt auf 0,025 mm und den zusätzlichen Zementspalt auf 0,050 mm ein.
4. Entwerfen Sie unter Anatomie-Design ein 1 mm dickes okklusales Veneer mit einer Schablone aus der Smile Library und passen Sie es mit den Werkzeugen in Sculpt an.
5. Fräsen Sie die Blöcke aus Lithium-Disilikat (IPS e.max CAD) und Harz-Nanokeramik (Lava Ultimate) (n=15 pro Gruppe) mit einer Fünf-Achs-Fräsmaschine und befolgen Sie die Herstellerangaben (Abbildung 4).

4. Verklebung und Befestigung

1. Reinigen Sie alle Master-Dies 90 s lang in einer Ultraschallmaschine und trocknen Sie sie an der Luft. Tragen Sie dann 5%ige Flusssäure für 60 s auf die Kauoberfläche auf, spülen Sie sie gründlich mit Wasser ab und trocknen Sie sie an der Luft.
2. Für die LD-Gruppe die Innenfläche 20 s lang mit 5%iger Flusssäure ätzen, gründlich mit Wasser abspülen und an der Luft trocknen.
3. Für die RNC-Gruppe mit Aluminiumoxidpulverkorn der Korngröße 50 μm bei 2 bar (200 kPa, 30 psi) für 10 s luftabschleifen. Überschüssigen Sand mit Alkohol entfernen und an der Luft trocknen lassen.
4. Tragen Sie Silan, einen universellen Haftvermittler, auf und laden Sie den doppelt aushärtenden Adhäsivzement auf das Tiefdruck der Restauration. Legen Sie die Restauration auf die vorbereiteten Master-Matrizen, indem Sie sie unter einem silikongefüllten Kompressionskopf in eine Universalprüfmaschine mit einer Belastung von 40 N laden.
5. Aushärtung mit einer Leuchtdiode (LED) bei einer Lichtintensität im Normalmodus von 1.000-1.200 mW/^cm2 für 1-2 s. Entfernen Sie überschüssigen Zement, lassen Sie das Polymerisationslicht auf jeder Oberfläche 20 s lang bestehen und lassen Sie es 5 Minuten in der Universalprüfmaschine.
6. Aus der Universalprüfmaschine nehmen und 48 h in destilliertem Wasser bei 37 °C ruhen lassen, damit der Zement vollständig aushärten kann.
7. Zeichnen Sie vor dem Test mit feinen Permanentmarkern mit feinen Permanentmarkern drei medial-laterale Referenzlinien (sinistral, zentral und dextral) und drei anterior-posteriore Referenzlinien (oben, mittig und unten) in unterschiedlichen Farben mit feinen Permanentmarkern.

5. Quasistatische mechanische Prüfung

1. Positionieren Sie den Prüfling in der Mitte der unteren Platte einer mechanischen Prüfmaschine mit einer 5 kN Wägezelle, die für die Druckprüfung eingerichtet ist.
2. Platzieren Sie eine Edelstahlkugel mit einem Durchmesser von 5,5 mm in der zentralen Fossa der Restauration am Schnittpunkt der zentralen Referenzlinien (Abbildung 5).
3. Platzieren Sie einen schützenden Acrylring um die Probe und einen Schmutzschutz vor der Prüfmaschine, um umherfliegende Trümmer zu begrenzen.
4. Bringen Sie die Traverse nach unten, bis sie fast mit der Stahlkugel in Berührung kommt und keine Last und Verschiebung hat.
5. Wenden Sie eine Kompression mit 1 mm/min an, bis die Restauration fraktiert, was sich durch einen plötzlichen Abfall der Belastung anzeigt. Zeichnen Sie diese Last auf (Abbildung 5).
6. Entfernen Sie nach dem Bruch das Schild und den Acrylring und sammeln Sie vorsichtig den Prüfling und seine Fragmente. Die farbigen Linien helfen dabei, die Keramikfragmente für die spätere Analyse in ihre ursprüngliche Position zu bringen (Abbildung 5).
7. Platzieren Sie den nächsten Prüfling und befolgen Sie die Schritte 5.2-5.6, bis die Gruppen vollständig sind.

6. Statistische Analyse

1. Füllen Sie die Minitab-Arbeitsblätter mit den Materialcodes und den maximalen Belastungswerten (N) aus, die Sie in der ersten bzw. zweiten Spalte aus dem Experiment abgerufen haben.
2. Führen Sie einen unabhängigen t-Test für zwei Stichproben durch, indem Sie Statistik | Grundlegende Statistiken | 2 Proben t. Legen Sie das Konfidenzniveau auf 95 % fest, und gehen Sie von gleichen Varianzen aus.
3. Erstellen Sie das Weibull-Verteilungsdiagramm, indem Sie Statistik | Zuverlässigkeit/Überleben | Verteilungsanalyse (Rechtszensur) | Diagramm der Verteilungs-ID. Wählen Sie im Feld Variable die maximalen Belastungswerte, aktivieren Sie das Kontrollkästchen und wählen Sie Materialnamen im Feld Nach Variable, geben Sie die Verteilung als Weibull an, und klicken Sie auf OK.
4. Führen Sie die statistische Weibull-Analyse durch, indem Sie Statistik | Zuverlässigkeit/Überleben | Verteilungsanalyse (Rechtszensur) | Parametrische Verteilungsanalyse | Weibull | Grafiken. Wählen Sie das Wahrscheinlichkeitsnetz | Zeigen Sie die Konfidenzintervalle in den obigen Diagrammen an, und klicken Sie auf OK.

7. Fraktographische Analyse

1. Für die Stereomikroskopie montieren Sie die Okularkamera und nehmen mit der Stereomikroskopie-Software Bilder (20x) der Luft- und Seitenansichten der Proben auf.
2. Für die Rasterelektronenmikroskopie schneiden Sie die Probe bis zum Zementschmelzübergang (CEJ) ab, legen sie in ein Acetonbad in einem Ultraschallreiniger und trocknen sie anschließend an der Luft. Vergoldung und Aufnahme von Bildern (250-300-fache Vergrößerung) der Luft- und Seitenansichten der Proben.

Results

Die Berechnung des Stichprobenumfangs wurde mit der referenzierten Software durchgeführt, die eine Effektstärke von 0,39 erzeugte und eine minimale Stichprobengröße von n = 13 pro Gruppe nahelegte. In dieser Studie wurde jedoch eine Stichprobengröße von n = 15 gewählt, um die Differenz von 5% zu erkennen. Die Nullhypothese wurde verworfen. Die Mittelwerte der maximalen Belastungskraft der 1 mm dicken okklusalen Veneers (n = 15 pro Gruppe) aus der LD-Gruppe (Lithiumdisilikat: 2.727,10 ± 472,41 N) waren trotz höherer Biegefestigkeit deutlich niedriger als die der RNC-Gruppe (Nanokeramik: 3.212,80 ± 558,67 N) (p < 0,05). Der Skalenparameter oder die charakteristische Festigkeit (σ) der KD bei einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 63,2 % ist etwas niedriger als in der RNC-Gruppe. Der Formparameter oder Weibull-Modul (m), der durch die Steigung des Wahrscheinlichkeitsnetzes (95 % KI) des LD dargestellt wird, war jedoch ähnlich wie in der RNC-Gruppe, wie in Abbildung 6 gezeigt, was widerspiegelt, dass beide Materialien eine ähnliche Verteilung von internen Fehlern oder Defekten aufweisen können. Alle Daten sind in Tabelle 1 dargestellt.

Stereomikroskopische Aufnahmen von frakturierten LD- und RNC-Okklusionsveneers in Luft- und Seitenansichten sind in Abbildung 7 bzw. Abbildung 8 dargestellt. Beide Versuchsgruppen bildeten die oberflächenringförmigen Risse am Schnittpunkt der zentralen Referenzlinien an der zentralen Fossa ab. Der Riss war in der Tat ein Teil des Hertz'schen Kegelrisssystems, das sich großflächig in die tiefe Schicht der Restaurationen ausdehnt. Er bestand typischerweise aus einem äußeren Riss (OC), einem inneren Riss (IC) und einem Medianriss (MC), wie in Abbildung 9 dargestellt. Der radiale Riss, der von der Zementationsoberfläche gegenüber der Impaktionsstelle ausgeht und sich ausbreitet, war aufgrund der Dünnheit der Restaurationen und der Art des Crunch-the-Crown-Tests schwer zu identifizieren. Der sekundäre Bruchursprung, der durch Zugspannungen verursacht wird, die sich in Form von radialen Rissen darstellen, konnte jedoch im Randbereich der verbleibenden Restauration, die an den Master-Matrizen befestigt ist, beobachtet werden. Fragmente, die die fraktographischen Merkmale der Richtung der radialen Rissausbreitung vom sekundären Bruchursprung zeigen, sind in Abbildung 10 dargestellt. Komplette Bulk-Frakturen wurden in beiden restaurativen Gruppen konsistent am distolingualen Aspekt lokalisiert, mit Ausnahme einer Probe in der RNC-Gruppe, bei der die Fraktur bukkolingual an der distalen Seite auftrat.

Repräsentative Bilder mit höherer Vergrößerung unter dem Rasterelektronenmikroskop in Luft- und Seitenansichten beider Testgruppen sind in Abbildung 11 und Abbildung 12 dargestellt. Durch die Imprägnierung von 80 Gew.-% nanokeramischen Füllstoffen in die 20 Gew.-% hochvernetzte Polymermatrix wiesen die Bruchflächen von Veneers aus RNC ein raues und faseriges Aussehen auf, das für die plastische Verformung bei duktilen Frakturen charakteristisch ist. Im Gegensatz dazu zerbrachen die Restaurationen aus LD in mehrere Teile, wobei sich die Risse von den Fraktururen (FO) in die tieferen Schichten ausbreiteten, ohne dass es zu Rissbrüchen oder Umleitungen kam. Darüber hinaus konnte der ursprüngliche Impaktionsbereich einer Edelstahlkugel im oberen rechten Bereich bei einigen Exemplaren, unabhängig von der Materialart, etwa 1 mm von einer gebrochenen Linie entfernt erkannt werden. Dies zeigt, dass die Kugel in ihre endgültige Position rutschen konnte, wenn sie während der Druckbelastung nicht perfekt auf der zentralen Fossa ausgerichtet war.

Abbildung 1: Digitale Bilder aus der computergestützten Designsoftware für Zahnmedizin, die die verschmolzene gegabelte Wurzel eines Typodonten-Unterkiefer-ersten Molaren zeigen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Gefräste Master-Matrize aus einer Hochdruck-Fiberglas-Laminatscheibe mit einer 5-Achs-Dentalfräsmaschine. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Montage der Master-Matrizen. (A) Die Vorrichtungen werden aus bedrucktem PMMA-Filament hergestellt. (B) Sie werden sicher in eine PVC-Endkappe eingesetzt, um die Ausrichtung und Position des Zahnanalogons zu standardisieren. (C) Das kalthärtende, niedrigviskose Epoxidharz wird bis zum Zementschmelzübergang des Zahnanalogons gegossen und mindestens 24 Stunden lang bei Raumtemperatur aushärten gelassen. Abkürzungen: PMMA = Polymethylmethacrylat; PVC = Polyvinylchlorid. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: CAD/CAM-Blöcke nach dem Fräsen und Schlichten gemäß den Herstellerangaben. (A) Lithiumdisilikat, (B) Harz-Nanokeramik. Abkürzungen: CAD = computergestützte Konstruktion; CAM = computergestützte Fertigung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Quasistatische mechanische Prüfung. (A) Eine 5,5 mm Edelstahlkugel wird auf die zentrale Fossa der Restauration gelegt. (B) Die Probe wird mit einer 5 kN Wägezelle in der Mitte der Universalprüfmaschine platziert und mit einer Druckplatte bei 1 mm/min zusammengedrückt, geschützt durch den Acrylring und die Schmutzabschirmung. Die Ausdehnung (mm) und die maximale Belastungskraft (N) werden in der Software erfasst. (C) Schüttgüter von gebrochenen Proben werden sorgfältig entnommen und gemäß den farbigen Linien des Permanentmarkers wieder in ihre ursprüngliche Position gebracht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Weibull-Wahrscheinlichkeitsnetz der maximalen Frakturlast bei 95% CI zwischen okklusalen Veneers aus LD und RNC. Die maximale Frakturlast (N) bei 95 % KI lag zwischen okklusalen Veneers aus LD (blaue Linie) und RNC (rote Linie). Der Formparameter oder der Weibull-Modul (m) stellt die Steigung des Diagramms dar, während der Skalenparameter oder die charakteristische Festigkeit (σ) den Festigkeitswert von Materialien darstellt, wenn die Versagenswahrscheinlichkeit bei 63,2 % liegt (grüne Linie). Die Parameter und die Anpassungslinie zeigen die Maximum-Likelihood-Analyse. Abkürzungen: LD = Lithiumdisilikat; RNC = Harz-Nanokeramik. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: Lithium-Disilikat-Okklusionsveneers unter dem Stereomikroskop (20x). (A) Luftaufnahme; (B) Seitenansicht. Maßstabsleisten = 2 mm (A), 1 mm (B). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 8: Nanokeramische Okklusionsveneers aus Kunststoff unter einem Stereomikroskop (20x). (A) Luftaufnahme; (B) Seitenansicht. Maßstabsleisten = 2 mm (A), 1 mm (B). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 9: Repräsentative fraktographische Merkmale von okklusalen Veneers. (A) LD und (B) RNC. Die weißen Pfeile zeigen auf den Ringriss, an dem der primäre Bruchursprung auftrat und sich durch die Kugelkompression ausbreitete, wodurch typische Hertz'sche Kegelrisse mit äußeren Kegelrissen, inneren Kegelrissen und einem Medianriss erzeugt wurden. Der durch die Zugspannung verursachte sekundäre Bruchursprung wurde in der Nähe des Randbereichs gefunden. Die gestrichelten Pfeile markieren die Richtung der Rissausbreitung, wobei je nach Abbildungsbedingungen auch andere Merkmale, wie z. B. Sperrlinien, erkennbar sind. Maßstabsleisten = 2 mm (A), 1 mm (B). Abkürzungen: LD = Lithiumdisilikat; RNC = Harz-Nanokeramik; 1° FO = Ursprung der primären Fraktur; 2° FO = sekundärer Bruchursprung; OC = äußerer Kegelriss; IC = innere Kegelrisse; MC = medianer Riss; DCP = Richtung der Rissausbreitung; AL = Arrestlinien. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 10: Repräsentative fraktographische Merkmale von okklusalen Veneerfragmenten. (A) LD und (B) RNC. Der sekundäre Frakturursprung lag in der Nähe des Randes des okklusalen Veneers. Die gestrichelten Pfeile markieren die Richtung der Rissausbreitung mit anderen fraktographischen Merkmalen wie Nebelzone, verdrehter Hechel, Wallner-Linie und Sperrlinie. Maßstabsleisten = 1 mm. Abkürzungen: LD = Lithiumdisilikat; RNC = Harz-Nanokeramik; 2° FO = sekundärer Bruchursprung; DCP = Richtung der Rissausbreitung; AL = Stillstandsleitungen; M = Nebelzone; TH = verdrehte Hechel; WL = Wallner-Linie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 11: Repräsentative REM-Bilder von frakturierten LD-Okklusionsveneers. (A) Luftaufnahme; (B) Seitenansicht. Der weiße Pfeil stellt die anfängliche Impaktion der Edelstahlkugel dar. Maßstabsleisten = 1 mm. Abkürzungen: LD = Lithiumdisilikat; REM = Rasterelektronenmikroskop. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 12: Repräsentative REM-Bilder von frakturierten RNC-Okklusionsveneers. (A) Luftaufnahme; (B) Seitenansicht. Maßstabsleisten = 1 mm. Abkürzungen: RNC = Harz-Nanokeramik; REM = Rasterelektronenmikroskop. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Discussion

In den letzten Jahren haben minimalinvasive okklusale Veneers in der modernen restaurativen Zahnheilkunde zunehmend Aufmerksamkeit erhalten. Diese Restaurationen werden in der Regel aus monolithischen CAD/CAM-Glasmatrixkeramiken, polykristallinen und Hybridmaterialien hergestellt²⁶. Als Vorteile werden die konservative Zahnpräparation, der leichte Zugang und die Sichtbarkeit bei der Zahnpräparation, der Abformung und Befestigung sowie der Erhalt der marginalen Gingiva angepriesen^26,27. Die aktuellen Richtlinien empfehlen eine Dicke von 1,5 bis 2,0 mm am Stützhöcker und an der zentralen Fossa, um Haltbarkeit und mechanische Leistung zu gewährleisten^28,29. Aufgrund günstiger experimenteller Überlebensraten werden jedoch ultradünne okklusale Veneers mit einer Dicke von 0,7 bis 1,0 mm heute in großem Umfang als minimal-invasiver restaurativer Ansatz eingesetzt 26,30,31.

Unterschiede in den mikrostrukturellen Komponenten und Verarbeitungstechniken können die Eigenschaften des dentalen CAD/CAM-Materials beeinflussen, einschließlich der physikalisch-mechanischen Eigenschaften, der optischen Eigenschaften, des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) und der chemischen Löslichkeit³. Nach der Bearbeitung erfordert LD in der Regel eine Wärmebehandlung, um die Metasilikatkristallite in vollständig kristallisierte Lithiumdisilikatkristalle mit einer Biegefestigkeit von ~377 MPa und einem Elastizitätsmodul von 67,2 GPa 32,33,34 umzuwandeln. Im Gegensatz dazu erforderte der RNC keine Nachbearbeitung und hatte eine Biegefestigkeit von bis zu 200 MPa und einen Elastizitätsmodul von 12,7 GPa³⁴. Mehrere Studien ergaben, dass die Biegefestigkeitswerte aus allgemeinen Standardversuchen mit einfachen Abmessungen nicht mit den Versagenslasten von Zahnrestaurationen mit unterschiedlicher komplexer Morphologie und Dicke korrelierten 15,16,17.

In dieser Studie war die Frakturfestigkeit von 1 mm okklusalen Veneers aus RNC besser als die der LD-Gruppe, mit ähnlichen Ergebnissen wie in früheren Studien, die mit natürlichen Zähnen durchgeführt wurden 35,36,37. Die höhere Tragfähigkeit dieses Hybridmaterials kann sich aus der Festigkeit und Elastizität der keramischen Füllstoffe und der Kunststoffkompositmatrix ergeben, die eine Harmonisierung seines Elastizitätsmoduls mit Dentin (15 GPa) und Dentinanalogmaterial (16,5 GPa) ermöglichen, wodurch die Spannungsverteilung verbessert^{wird 14,38}. In dieser Studie wurden der Alterungsprozess und die Kausimulation nicht in die Berechnung einbezogen und konnten daher die Langzeitfestigkeitswerte dieser Restaurationen nicht dargestellt werden. Es wird jedoch berichtet, dass die Überlebensrate von okklusalen Veneers aus frühem CAD/CAM-Kompositharz höher ist als die von LD^39,40.

Im Gegensatz zu Dentallegierungen weisen Dentalkeramiken aufgrund der unterschiedlichen Verteilung der Fehlergrößen⁴¹ keine Gaußsche oder Normalverteilung der Festigkeitswerte auf. Ihr Versagen ist in der Regel mit der großen Fehlerpopulation verbunden, die die Fehlerhäufigkeit im Allgemeinen auf der rechten Seite der Verteilung gewichtet. Daher wäre eine parametrische Regression erforderlich, um die Zuverlässigkeit der Festigkeit des Materials zu bestätigen. Gemäß BS EN 61649: 2008 kann die statistische Weibull-Analyse bei einer Stichprobengröße von nur n = 10, aber mit begrenzter Zuverlässigkeit^{angewendet werden 42}. Eine große Stichprobengröße, in der Regel mehr als 20, wäre erforderlich, um die statistische Zuverlässigkeit und geringfügigere Schätzfehler zu gewährleisten⁴³. Materialien mit niedrigen Werten des Weibull-Moduls (m) können in einem breiten Bereich versagen oder brechen. Im Gegensatz dazu ist es bei Geräten mit hohen Werten aufgrund einer engen Festigkeitsverteilung wahrscheinlicher, dass sie im Bereich der höchsten Spannung versagen. Die meisten m-Werte kommerzieller Dentalkeramik liegen zwischen 5 und 15 ⁴³, während das Ergebnis der beiden in dieser Studie verwendeten CAD/CAM-Materialien ~6,7 beträgt, was variieren könnte, wenn mehr Testproben einbezogen werden.

In der künftigen zahnmedizinischen Forschung, in der Fragen der biologischen Sicherheit und der Menschenrechtsgesetze⁴⁴ mehr Bedenken geäußert werden, könnte sie sich stärker auf Ersatzmaterialien für experimentelle In-vitro-Tests stützen. Diese Studie fördert die Verwendung von gefrästem Dentinanalogamaterial aus gewebtem Glasfasergewebe, das mit Epoxidharz über Polymethylmethacrylat (PMMA) imprägniert ist, was eine geringere mechanische Festigkeit und Debonding-Probleme aufweist⁴⁵. Ein glasfaserverstärktes Polyamid wurde auch als weitere Materialsubstitution für Laborexperimente vorgeschlagen²⁴. Dennoch sind diese synthetischen Materialien trotz ähnlicher elastischer Eigenschaften und Verklebbarkeit möglicherweise nicht vollständig in der Lage, natürliche Zähne zu ersetzen. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass die Lithium-Disilikat-Kronen, die entweder mit Epoxidglaslaminat oder glasfaserverstärktem Polyamid zementiert wurden, eine höhere Ermüdungsbeständigkeit aufwiesen als wenn sie mit natürlichem Dentin²⁵ verbunden waren.

Diese Studie kann solche Ergebnisse nicht vergleichen, da sie keine Kontrollgruppe mit natürlichen Zähnen einschloss. Beim Vergleich von zwei oder mehr verschiedenen Veneer-Materialien zeigt die Verwendung eines künstlichen Modells für natürliche Zähne jedoch eine erhöhte Wiederholbarkeit und birgt keine Bedenken hinsichtlich Versorgung, Lagerung, Sterilisation oder Krankheitsübertragung. Das einzige Problem von Epoxidglaslaminat ist seine Oberflächenhärte, die den Fräsprozess behindert, insbesondere an der Wurzelgabelung. Eine Vereinfachung der Verwendung einer einzigen nichtanatomischen Wurzel ohne parodontales Ligamentum verändert das Tragverhalten der Restauration nicht⁴⁶. Weitere Studien sind erforderlich, um die mechanischen Eigenschaften und Bindungsleistungen dieser Ersatzmaterialien mit anderen Restaurationsmaterialien durch unterschiedliche Ansätze vollständig zu begründen.

Diese Studie unterstreicht auch die Machbarkeit der Verwendung einer nicht fixierten Edelstahlkugel als Eindringkörper für einen monotonen einachsigen Druckversuch. In Labortests wurden verschiedene Arten von festen Eindringkörpern verwendet, darunter stumpfe, Kolben-, Halbkugel- und Kugelformen 14,47,48,49,50. Diese können jedoch an einer Stelle in den Prüfmaterialien zu unerwünschten Spannungen führen. Darüber hinaus modelliert es nicht die klinische Position, in der sich die antagonistischen Höcker bis zu 0,5 oder 1 mm exzentrisch bewegen können^51,52. Im Gegensatz zu einem festen Eindringkörper kann sich die in dieser Studie verwendete Edelstahlkugel leicht bewegen, um die Spannung in die Mitte der Prothese abzuleiten und so eine Ansammlung von Spannungen an einer einzigen geneigten Oberfläche zu verhindern. Wie frühere Studien ergab auch die fraktographische Untersuchung, dass die Last-zu-Bruch-Belastung bei monotoner Belastung möglicherweise nicht in der Lage ist, das von der der Belastungsstelle gegenüberliegende Klebefläche^ausgehende Risssystem unter der Oberfläche vollständig abzubilden ^6,14. In dieser Studie konnten jedoch in beiden Restaurationsgruppen radiale Risse im Untergrund an den Rändern beobachtet werden, die das häufige Versagen der Keramikprothese bei langfristiger täglicher Nutzung markieren^53,54. Daher ist es wichtig, auf den Bearbeitungsprozess des Randes der minimalinvasiven Prothesen zu achten, um keine extrinsischen Fehler oder Defekte zu erzeugen, die die Ausfallereignisse eskalieren könnten.

Im Rahmen der Grenzen dieser Studie kann der Schluss gezogen werden, dass die 1 mm okklusalen Veneers aus CAD/CAM-Harz-Nanokeramik eine überlegene Bruchfestigkeit gegenüber herkömmlichem Lithiumdisilikat aufweisen. Dennoch zeigten beide eine ausreichende Bruchfestigkeit gegen willkürliche und unfreiwillige maximale Bisskraft und sind vielversprechende Materialien für die Restauration von Seitenzähnen unter einem minimalinvasiven Schema. Die quasistatisch-mechanische Prüfung in dieser Studie kann einen Hinweis auf die Festigkeit von dentalen CAD/CAM-Restaurationsmaterialien geben, wahrscheinlich in einem frühen Stadium nach der Platzierung, über die maximale Belastbarkeit mit klinisch relevanten Risssystemen. Neuere Restaurationsmaterialien wie fortschrittliches Lithium-Aluminium-Silikat (LAS), Zirkonoxid-verstärktes Lithium-Disilikat (ZLS) und andere Zahnanaloga-Materialien könnten mit dieser vorgeschlagenen Laborumgebung unter künstlicher Alterung und Simulation oraler Bedingungen weiter untersucht werden.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-Druck (SLA)	Formlabs, Somerville, MA, USA		Form3+
3Shape CAD-Software für Dentaldesigner	3Shape A/S, Kopenhagen, Dänemark		CAD-Software für Zahnanaloga und Veneers
5% Flusssäure	Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein		IPS Keramik Ätzgel
Tonerde Pulver	Ronvig Dental Mfg. A/S, Daugaard, Dänemark
Bluehill Universal Software für die Materialprüfung	Instron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, USA
CamLabLite Software	Bresser UK Ltd, Kent, UK		Stereomikroskopie-Software
Kalthärtendes niedrigviskoses Epoxidharz	Struers SAS, Champigny-sur-Marne, Frankreich
Dualhärtender Harzzement	3M, Saint Paul, MN, USA		Rely X Ultimate Klebeharz-Zement-Okularkamera
	ToupTek Photonics Co., Ltd., Hangzhou, China
Hochdruck-Fiberglas-Laminatscheiben  (G10)	PAR Group Ltd, Lancashire, UK
IPS e.max CAD	Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein	YB54G9/605330	Geringe Transluzenz, A3, C14
Laborscanner	3Shape A/S, Kopenhagen, Dänemark		D900L
Lava Ultimate	3M ESPE, Saint Paul, MN, USA	9541467/3314A3-LT	Geringe Lichtdurchlässigkeit, A3, 14L
Leuchtdiode (LED) Polymerisationslicht	Woodpecker Medical Instrument, Guilin, China
Fräsmaschine	VHF camfacture AG, Amnnerbuch, Deutschland		VHF S2
Minitab 18	Minitab Inc, State College, PA, USA
nQuery Advisor Version 9.2.10	Statistical Solutions Ltd., CA, USA		Statistical Software
Endkappe aus Polyvinylchlorid	Plastic Pipe Shop Ltd, Stirling, Großbritannien		25 mm X 21,5 mm;
Rasterelektronenmikroskop	Tescan, Brno, Tschechische Republik		Tescan Vega
Silane Haftvermittler	3M, Saint Paul, MN, USA		RelyX Keramik-Grundierung
Autodesk Inventor Professional 2024	Autodesk, San Francisco, CA, USA CAD-Software		für Jig-Sputter-Vakuum-Coater
	Quorum, East Sussex, Großbritannien		MiniQS Sputter Coater
Stata18	StataCorp LLC, College Station, TX, USA
Stereomikroskop	Carl Zeiss AG, Oberkoche, Deutschland		Zeiss Stemi 508
Typodont Unterkiefer erster Molaren	Frasaco GmbH, Tettnang, Deutschland		ANA-4 Z3RN-36
Universeller zahnärztlicher Haftvermittler	3M, Saint Paul, MN, USA		Scotch Bond Universalklebstoff
Universalprüfmaschine	Instron Mechanical Testing Systems, Norwood, MA, USA		Intron 5900-84