Ontwikkelpad van een nieuw kroon- en brugsysteem

Inleiding
Met zirkoonoxide werd een voor de tandheelkunde vrijwel onbekend materiaal geïntroduceerd. Omdat groen zirkoonoxide alleen met computergestuurde machines kon worden gefreesd, brak door haar introductie CAD/CAM definitief door in de tandtechnische laboratoria. Hierbij traden verschillende slecht begrepen problemen pas na marktintroductie aan het licht, omdat ze ook nog niet klaar waren voor de nieuwe technologie en door leveranciers overspoeld werden met nieuwe materialen en apparatuur. De met het eerste CAD/CAM-systeem geproduceerde restauraties bleken na vijf jaar bij meer dan 21% van de behandelde patiënten, door onvoldoende randaansluiting, secundaire cariës veroorzaakt te hebben (tabel 1). Na de overstap van een puntscan van het wasmodel naar een laboratorium laserlijn-scanner van het gipsmodel, verkregen zij een pasvorm die min of meer vergelijkbaar was met die van traditionele metaalkeramische restauraties.

Met porselein opgebakken zirkoonoxide-kronen en -bruggen gaven in de beginjaren problemen met chippen en breuk (tabel 1), waardoor velen de toevlucht hebben genomen tot monolithische volzirkoonrestauraties. Deze chippen weliswaar niet, maar vertonen vooral in de incisale delen niet de translucentie van porselein. Een andere reden voor het kiezen voor monolithische restauraties zijn de hoge kosten die het handmatig aanbrengen van porselein door een ervaren tandtechnicus met zich meebrengt.

Als antwoord op deze problemen werd een nieuw kroon- en brugsysteem ontwikkeld (afb. 1), waarbij een chipresistent porselein volgens een natuurlijke laagopbouw (afb. 2) langs automatische weg, op een zirkoonoxide onderstructuur, ingekleurd volgens 16 VITA dentinekleuren, wordt aangebracht.

Zirkoonoxide-opbakkeramiek
De eerste aan de laboratoria aangeboden opbakkeramieken voor zirkoonoxide waren eigenlijk niet voor zirkoonoxide, maar voor titanium ontwikkeld en vertoonden een te lage expansie, hetgeen leidde tot hoge spanningen (afb. 3) en breuk van het porselein. Toen fabrikanten de expansie aangepast hadden en de hechting werd verbeterd door het stralen van het oppervlak met 50 μm aluminiumoxide, werden deze problemen opgelost (tabel 1).

Het grootste probleem met opgebakken zirkoonoxide bleek het chippen van het porselein te zijn, dat optrad als gevolg van vermoeiing door langdurige kauwbelasting (tabel 1). Met kauwsimulatie in vermoeiingsapparatuur kon echter worden vastgesteld dat chippen van porselein vooral optrad bij porseleinmassa’s bestaande uit één glascomponent. Daaruit bleek verder dat bij een porselein samengesteld uit meerdere glascomponenten, waarvan één glascomponent een leuciet kristalfase (afb. 4) bevatte, dit chippen niet optrad. Een in 2012 gestart klinisch onderzoek met 155 patiënten heeft na vier jaar de chipresistentie bewezen.

Ondanks de laag opbakkeramiek is de sterkte van opgebakken Primero-kronen vrijwel gelijk aan die van volzirkoonkronen, maar significant sterker dan PTS e.max kronen (afb. 5). De oppervlakte hardheid van Primero Enamel is gelijk aan natuurlijk glazuur (afb. 6) door een hydrolysereactie met speeksel, waarbij natrium-ionen worden uitgewisseld met watermoleculen. Hierdoor ontstaat een waterhoudende laag met 650 ppm water, met een hardheid van HV 470 in plaats van HV 590 voor traditioneel porselein, die zacht is en minder bros. Ten opzichte van monolithisch keramiek vertoont Primero Enamel een twee keer zo hoge translucentie (afb. 7). De hoge translucentie maakt een incisale esthetiek en een kameleoneffect mogelijk.

Zirkoonoxide-onderstructuur
Bij de introductie van zirkoonoxide traden vaak slecht begrepen breuken in gesinterde zirkoonoxide-onderstructuren op. Bij onderzoek is gebleken dat deze breuken ontstaan bij beschadigingen, veroorzaakt door het frezen van de marginale rand en de interdentale ruimtes met een te grove diamant (>100 μm). Door de correcties uit te voeren met een fijne diamant kan verzwakking van de structuur enigszins worden vermeden. Zirkoonoxideblokken die bij hoge druk isostatisch verdicht zijn, maken het direct frezen van scherpe randen (knife edge) in de groene fase mogelijk. Op deze manier worden handmatige correcties vermeden die schade van de gesinterde structuur kunnen veroorzaken. De resulterende rand is hierdoor defectvrij, waardoor breuk kan worden voorkomen.

Laagopbouw en kleur
De reproductie van natuurlijke tanden is een grote uitdaging, zowel qua uitwendige vorm als de interne structuur, in het bijzonder het profiel van het grensvlak tussen dentine en glazuur. De dentinekleur, de lokale dikte en het verloop van de glazuurlaag bepalen per patiënt het specifieke uiterlijk van de tanden. We weten dat een natuurlijke tand bestaat uit een kern van gekleurd tandbeen of dentine met daarover een enkele laag transparant glazuur van wisselende dikte. De ‘kleur’ van een natuurlijke tand zit dus niet in de buitenlaag, zoals vaak wordt verondersteld, maar komt van binnenuit door reflectie van licht op het tandbeen (afb. 2). Waar het glazuur dunner of dikker is, komt deze tandbeenkleur meer of minder sterk naar voren. Door voor kronen dezelfde laagopbouw toe te passen, vertonen deze net als bij natuurlijke tanden bij de tandvleesrand waar het porselein dunner is, een warmere kleur (afb. 8).

De imitatie van de gelaagde opbouw van natuurlijke tanden met behulp van een digitaal proces is door de industrie op verschillende manieren geprobeerd. Zo bieden verschillende fabrikanten blokken voor de verwerking met CAD/CAM aan, die uit meerdere planparallelle lagen zijn opgebouwd, waarbij de verschillende lagen anders ingekleurd zijn. De esthetische resultaten met deze polychromatische blokken zijn zeker beter als die met monochromatische blokken, maar door de beperkte translucentie blijft het moeilijk de incisale esthetiek van een natuurlijke tand te imiteren.

Ontwikkeling
Voor de karakterisering en het structuuronderzoek werd een samenwerkingsverband met verschillende partners gevormd. We vonden bij TNO Keramiek in Eindhoven veel kennis op het gebied van zirkoonoxide en bij de keramiekafdeling van Elephant Dental B.V. in Hoorn kennis over opbakkeramiek. Daarnaast werd veel onderzoek uitgevoerd door promovendi en studenten van het Academisch Centrum voor Tandheelkunde Amsterdam.

De ontwikkeling werd gestart in 2002 en leidde in januari 2013, na een klinisch onderzoek, tot de marktintroductie van kronen en bruggen die met de tweelaagse structuur van natuurlijke tanden werden opgebouwd.

Eerst moesten we de optimale procesbeheersing voor het aanbrengen van het enamelporselein ontwikkelen en vervolgens testen met veel zirkoonoxidemonsters met verschillende pigmentering. Om de beste formulering te bepalen, werden een aantal fysische en chemische parameters, zoals de translucentie, de bakstabiliteit, de kristalstructuur en de microstructuur onderzocht. Uiteindelijk zijn verschillende kleur-dikte-regimes getest, waarbij de translucentie en kleur van het porselein en de kleurstelling van het zirkoonoxide afgestemd werden met de dikte van de porseleinlaag.

Conclusie
Zirkoonoxide en opbakkeramiek zijn door de hoge marktdruk te vroeg op de markt gebracht. De industrie had daardoor onvoldoende tijd om te anticiperen op aanloopproblemen die bij de introductie van nieuwe materialen te verwachten zijn. Na het optreden van het chipprobleem werd echter ook weer zonder klinisch bewijs monolithisch zirkoonoxide geïntroduceerd. Door de gelijktijdige ontwikkeling van een chipresistent porselein, dentinekleurig zirkoonoxide en een automatisch productieprocedé, werd als antwoord hierop een nieuw kroon- en brugsysteem gerealiseerd voor duurzame restauraties.

Over de auteur
Prof.dr.ir. Jef van der Zel studeerde in de jaren zeventig af als mijnbouwingenieur en kreeg, na het ontwikkelen van verschillende metaalkeramieksystemen, al snel belangstelling voor de toepassing van CAD/CAM in de tandheelkunde. In 2006 ontwikkelde hij een dentinekleurig zirkoonoxide en een chipresistent porselein; in 2013 richtte hij een nieuw bedrijf op, Cyrtina Dental Group, dat de Primero-kroon heeft doorontwikkeld.

Voor de overige afbeeldingen en de tabel behorende bij dit artikel verwijzen we u graag naar de gedrukte editie of volledige e-paper van Dental Tribune Netherlands Edition. Deze verschijnen op 19 april 2016.