Материаловедение по ортопедической стоматологии

В 1988 г. в Германии была разработана система CEREC (Chairside Economical Restorations of Esthetic Ceramics), которая позволяет создавать и устанавливать фарфоровые зубные вкладки непосредственно в зубоврачебном кресле за одно посещение пациента, под управлением компьютера. В настоящее время существуют модифицированные системы CEREC-2 и -3. Среди ряда предпосылок разработки данного метода необходимо выделить следующие:

─   фарфор обладает стойкостью к стиранию и стабильностью цветового тона, максимально приближающими его по этим показателям к природной зубной эмали;

─   получение фарфоровых вкладок в лаборатории, несмотря на трудоемкость, не всегда гарантирует высокую точность. Их можно готовить либо из стеклокерамики (материал Дикор), либо путем обжига в формах из специальных огнеупорных материалов;

─   композиционные полимеры практически вытеснили все применявшиеся до этого времени пломбировочные материалы, особенно для передних зубов. Однако применение пломб из этих материалов для боковых зубов, испытывающих жевательные нагрузки, не всегда дает удовлетворительные результаты. Хотя влияние усадки в процессе полимеризации композиционных материалов можно устранить, применив требующие больших затрат времени методы (например, послойного отверждения пломбы и управления векторами усадки с помощью клиновидных световодов), и получить в результате хорошее краевое прилегание, но стойкость материала к стиранию не всегда будет удовлетворительной;

─   широкое внедрение компьютерных технологий в науку и практику.

Фарфоровые заготовки-блоки Церекер Вита для вкладок выпускаются в заводских условиях методом прессования из смеси равных количеств эмалевой и дентинной масс. Они характеризуются умеренной прозрачностью и выпускаются четырех расцветок: Al, А2, АЗ/5, В4. Кроме того, в Германии выпускаются для этих целей 10 вариантов фарфоровых заготовок под коммерческим названием Целай.

В Германии и Лихтенштейне усовершенствован упроченный лейцитом стеклокерамический материал, который под торговым названием ProCAD (Professional Computer Assisted Design) поставляется в защитном кожухе пяти типоразмеров (ProCAD-18, -110, -112, -114 и V5-12), для создания вкладок, вкладок с накладками, вестибуляторных облицовок, одиночных коронок на передние и боковые зубы — при использовании системных компьютерных программ CEREC-2.

Система представляет собой комплекс оборудования, работающий в единой цепи. Информация о форме и размерах препарированной на зубе полости с помощью внутриротовой видеосистемы с разрешающей способностью 25 мкм передается на экран монитора с 12-кратным увеличением.

Цветной монитор, вытянутый по вертикали, обеспечивает высокую точность знакового воспроизведения, а уникальный, работающий в шести осях шлифовальный блок с высочайшей точностью воспроизводит заданную врачом конструкцию вкладки.

Как и в вопросе точности, система CEREC-2 предлагает абсолютно новое качество — синхронную обработку керамики с помощью шлифовального круга и алмаза, имеющего форму цилиндра. Формирование окклюзионной поверхности осуществляется с помощью компьютера, который работает с использованием двух программ (стандартная программа конструирования в области боковых зубов и программа для коррекции окклюзионной поверхности). Эффективное время управления системой (она не требует специальных знаний компьютера) для создания вкладки типа МОД (медиальная/окклюзионная/дистальная поверхности зуба) составляет 5 мин.

С готовой вкладкой удобнее обращаться, если приклеить ее полимеризующийся герметиком к пломбировочному инструменту со сферическим кончиком. Смежные поверхности вкладки в течение 5 с протравливают 5% гелем плавиковой кислоты. Для улучшения сцепления композиционного цемента с фарфором на поверхность вкладки наносят силановое связующее вещество (метакрилоксипропилтриметоксилан).

Для фиксации вкладки используют светоотверждаемые цементы с дополнительной химической полимеризацией. Для этого подготовленный цемент вносят в препарированную полость и вводят вкладку. Излишки цемента удаляют после отверждения материала, используя для этого алмазный инструмент с зернами не более 40 мкм. В заключение зуб закрывают фторсодержащим веществом.

В настоящее время в мире насчитывается около 20 автоматизированных систем моделирования и создания (фрезерования) зубных протезов (CAD/CAM). Среди них системы централизованного типа, работающие в режиме обрабатывающего центра, и автономные системы в пределах одной лаборатории.

В стратегии развития зуботехнической индустрии заслуживает внимания концепция CIM (Computer Integrated Manufakturing). Она предполагает объединение различных систем, которые представляют весь спектр оборудования и материалов, использующихся для проведения полного цикла технологических процессов по созданию современных высококачественных зубных протезов. Эта концепция реализуется с помощью объединения всех участников процесса в единое целое с помощью компьютерной сети.

Procera AllCeram (Швеция) — одна из первых систем стоматологического назначения централизованного типа. В реальном технологическом режиме функционирует с 1994 г. Ее аппаратное обеспечение состоит из обрабатывающего центра и большой сети периферийных рабочих станций сканирования и компьютерного моделирования, связанных с центром посредством современных средств телекоммуникаций. Обрабатывающий центр расположен в Швеции. Периферийные станции — в различных городах Швеции и других государств. Основным протетическим материалом для керамических протезов является химически чистый оксид алюминия.

Способ автоматизированного моделирования и создания протезов Cynovad (Канада) является североамериканским вариантом шведской методики Procera. Общий пользовательский алгоритм системы предусматривает сканирование гипсовых рабочей и окклюзионной моделей и компьютерное моделирование протеза на периферийных рабочих станциях. Создание протезов проводится в Двух обрабатывающих центрах — североамериканском, расположенном в Монреале, и европейском, расположенном во французском городе Брон. Коммуникации между периферийными рабочими станциями и обрабатывающими центрами осуществляются посредством электронных средств связи (передача «цифровой» модели) и экспресс-почты (пересылка готовых изделий).

Отличие системы Cynovad от аналогичных систем централизованного типа, в частности методики Procera, заключается в использовании современных средств аппаратного обеспечения периферийных станций и широкого спектра протетических материалов.

В отличие от аналогичных систем централизованного типа Cicero Dental Systems В. V(Нидерланды) имеет ряд особенностей. Прежде всего, помимо обрабатывающего центра, в систему входит сеть лабораторий сканирования. Благодаря этому пользователь имеет возможность выбора: либо приобрести полный комплект периферийной рабочей станции, содержащий лазерный сканер и пакет программного обеспечения компьютерного моделирования протезов, либо ограничиться приобретением только программного обеспечения для собственного компьютера.

В первом случае пользователь самостоятельно сканирует гипсовые модели (рабочую и зубов-антагонистов), формирует компьютерную модель протеза, направляет ее по электронной или компьютерной почте на электронном носителе в обрабатывающий центр, получает готовое изделие в виде каркаса или протеза и выполняет их облицовку и окончательную отделку.

Во втором случае по почте или курьером гипсовая модель доставляется в ближайшую лабораторию сканирования, специалисты которой за короткое время квалифицированно производят сканирование и необходимую коррекцию «цифровой» копии гипсовой модели. Пользователь сможет получить ее по электронной почте через 1—2 ч после поступления гипсовой модели в лабораторию.

Важно отметить, что алгоритм программы компьютерного моделирования протезов предусматривает анализ параметров окклюзии. Визуализация данного этапа компьютерного моделирования на экране монитора осуществляется графическими средствами высокого разрешения.

В основе проекта Cad. Esthetics (Лихтенштейн, Швеция) заложено создание различных протезов из нового протетического материала на базе оксидциркониевой керамики. Возможно использование всех типов материалов, но предпочтение отдается оксидциркониевой керамике DENZIR.

Концепция использования методики digiDENT предусматривает работу в двух режимах: в рамках одной лаборатории, а также в обрабатывающем центре, выполняющем заявки других лабораторий. Форма заявки может быть различной: либо гипсовые модели с указанием материала и описанием протетической конструкции, либо «электронные» копии моделей, полученные в результате сканирования, и готовая «цифровая» модель протеза.

Новинкой модуля «цифрового моделирования» системы digiDENT является «виртуальный артикулятор», позволяющий моделировать окклюзионную поверхность будущего протеза с учетом динамических параметров движения нижней челюсти.

Методика digiDENT обеспечивает создание протезов и каркасов из стандартных заготовок 6 протетических материалов: золота, титана, пластмассы, стеклокерамики, алюмоксидной и оксидциркониевой керамики.

Для обработки стандартных заготовок из различных протетических материалов предусмотрено 8 видов фрезеровальных и шлифовальных инструментов. Выбор инструментов, последовательность их использования, степень износа определяется управляющей программой (Рис.4.12).

 

Рис.4.12. Комплекс аппаратуры digiDENT (слева - модуль сканирования digiSCAN, в центре - графический монитор модуля компьютерного моделирования, справа - обрабатывающий модуль digiCUT).

 

Основной целью методики Precident (Германия и Швейцария) является создание каркасов мостовидных протезов любой протяженности из всех известных типов протетических материалов — керамики, металла, полимеров. Главные приоритеты — высокое качество каркасов, быстродействие и отсутствие ограличений в выборе материалов и протяженности каркаса.

Система Precident содержит набор функциональных модулей: сканер Preciscan, программное обеспечение Dentform и обрабатывающий модуль Precimill Общий пользовательский алгоритм системы предусматривает работу как в автономном режиме, в пределах одной лаборатории, так и в режиме обрабатывающего центра, выполняющего заказы других лабораторий.

CEREC in Lab (Германия) в отличие от ранних моделей обеспечивает получение каркасов мостовидных протезов протяженностью до трех звеньев из стандартных заготовок высокопрочной циркониевой керамики Вита Ин-Керам (Рис.4.13) без последующего обжига каркаса. Для облицовки каркаса предусмотрено использование специальных керамических масс Витадур-Альфа и Витапан 3D-Macmep.

 

Рис.4.13. Готовый каркас мостовидного протеза из керамики Вита Ин-Керам.

 

Конструктивно новая модель выполнена по традиционной схеме, совмещающей сканирующий и обрабатывающий модули. Предусмотрена возможность эксплуатации модуля CEREC inLab в автономном режиме и в составе единой сети функциональных модулей этого семейства. При работе в автономном режиме управление процессом сканирования, моделирования и получения каркаса проводится при помощи обычного компьютера.

Методика CELAY (Швейцария) является самостоятельным направлением в создании керамических протезов, имеющих ряд принципиальных отличий. По своей сути это методика высокоточного станочного создания протезов, основанная на принципе механического копирования восковой модели. Рельеф поверхности восковой модели, регистрируемый контактным датчиком, параллельно, без каких-либо преобразований, воспроизводится исполнительным механизмом в стандартной заготовке из прочной керамики. Разумеется, что точное копирование возможно только при использовании прочной керамики, не требующей обжига изделия и коррекции объемной усадки в процессе обжига.

Такова основная концепция аппаратного обеспечения методики CELAY.

Она реализована в виде очень компактного прибора — обрабатывающего Модуля CELAY plus (см. Рис.4.14) для всех типов керамических протезов: вкладок и накладок, полукоронок, одиночных коронок для передних и боковых зубов, мостовидных протезов малой протяжённости. В правой части расположен блок механической обработки заготовок, с соответствующей защитой и средствами удаления пыли в процессе шлифования. В левой части — устройство для контактного копирования (сканирования) восковой модели.

 

Рис.4.14. Общий вид обрабатывающего модуля CELAY plus.

 

Для получения каркасов мостовидных протезов в боковых отделах зубных рядов предназначены стандартные заготовки из наиболее прочной керамики на основе оксида циркония — Vita Celay Zirconia. Для каркасов мостовидных протезов в переднем отделе зубного ряда и одиночных коронок боковых зубов предназначена стеклонасыщенная керамика — Вита Ин-Керам Алюмина. Для коронок передних зубов — более прозрачная масса Вита Ин-Керам Шпинель, для вкладок и полукоронок — керамика Vita Celay Blanks. Для облицовки каркасов мостовидных протезов и одиночных коронок используется керамическая масса Витадур Альфа.

Помимо традиционной схемы создания коронок боковых зубов (каркас- колпачок + облицовка) возможно также получение коронок с анатомической формой. Такая коронка вытачивается из стандартной керамической заготовки, минуя этап получения каркаса и исключая необходимость его облицовки.

Методика Cercon smart ceramics (Германия и Швейцария) имеет целью создание керамических мостовидных протезов протяженностью до 4 звеньев или длиной до 38 мм из «мягкой» керамики на основе оксида циркония с последующим обжигом. Метод является модифицированным коммерческим вариантом известной экспериментальной технологии Direct Ceramic Maching (DCM).

Рис.4.15. Устройство для сканирования и фрезерования Cercon brain.

 

После снятия оттисков и получения гипсовой модели челюсти зубной техник традиционно готовит восковую модель. После этого она фиксируется восковыми профилями в специальном держателе, который закрепляется с левой стороны в специальном комбинированном устройстве для сканирования и фрезерования — Cercon brain (Рис.4.15). С правой стороны прибора устанавливается заготовка оксида циркония в предварительно спеченном состоянии (Cercon base). Эти заготовки выпускаются трех размеров — 12, 30, 38 мм. На заготовках нанесен код, который содержит информацию о параметре увеличения, а также другие важные для фрезерования параметры.

После того, как оба держателя установлены, Cercon brain запускается нажатием кнопки «старт». Процессы сканирования и фрезерования сначала грубой, а затем особо точной фрезой осуществляются автоматически с наружной и внутренней сторон. Весь процесс при получении одиночной коронки длится около 35 мин, 4-звеньевого мостовидного протеза — около 80 мин.

По завершении процесса фрезерования держатель удаляется из Cercon brain, каркас мостовидного протеза освобождается от удерживающих профилей.

После этого места подсоединения профилей сошлифовываются.

За сутки в печи для спекания коронок и каркасов Cercon heat (Рис.4.16) можно обрабатывать до 30 звеньев. Рекомендуется запускать процесс спекания вечером (процесс запускается нажатием кнопки) и проводить его ночью (время спекания составляет около 6 ч).

 

Рис.4.16.Печь для спекания Cercon heat.

 

Особенностью системы Cercon является то, что во время сканирования, увеличения, фрезерования и спекания усадка заготовок оксида циркония осуществляется равномерно, линейно во всех трех направлениях. Это является необходимой предпосылкой для получения точных каркасов.

Особо прочный каркас из оксида циркония облицовывается специально разработанной облицовочной керамикой Cercon ceram. Оксид циркония имеет коэффициент термического расширения 10,6-10~6°C~‘. Масса Cercon ceram согласована с данным КТР. Целенаправленная вариация эффектов опалесценции и флуоресценции дает возможность с помощью Cercon ceram имитировать естественные зубы.

Имея широкий ассортимент (более 100) различных масс, Cercon ceram отвечает всем эстетическим требованиям. Помимо основного набора имеются специальные комплекты масс светодинамики, хромадентинов, модификаторов, плечевых, десневых, осветляющих масс. Чрезвычайно гладкая поверхность керамики Cercon ceram способствует щадящему и атравматичному прилеганию к десне. Высокая прочность соединения между каркасом из оксида циркония и облицовочной керамикой Cercon ceram была доказана в тестах in vitro.

Методика Lava (США) предназначена для создания различных керамических протезов из стандартных заготовок «мягкой» керамики на основе оксида Циркония, стабилизированного иттрием, методом механической обработки с последующим обжигом.

Кроме аппаратурного и программного обеспечения технологии имеется традиционный набор средств для формирования «цифровой» модели реставрации и обработки «мягкой» керамики: оптический трехмерный сканер, компьютер со специальной программой моделирования протезов, установка для механической обработки стандартных заготовок, печь для обжига.

Использование материала в «мягком» состоянии имеет следующие преимущества:

─   небольшие затраты времени на механическую обработку (коронки — 35 мин, мостовидные протезы — 90 мин);

─   возможность использования менее дорогостоящих шлифовальных инструментов;

─   — простота заключительной ручной обработки протезов, например удаление остатков переходных штифтов.

Методика KaVo Everest (Германия) предназначена для получения вкладок, накладок и полукоронок из стеклонасыщенной керамики, а также каркасов мостовидных протезов из упрочненной керамики и титана.

Создание указанных протезов осуществляется в процессе механической обработки стандартных блоков из керамических материалов. Конкретные названия и характеристики керамических материалов неизвестны. Так же как неизвестны быстродействие системы и протяженность (количество звеньев) получаемых каркасов.

Известно лишь, что структура керамических материалов, входящих в систему, обеспечивает быструю и эффективную механическую обработку стандартных блоков в «мягком» состоянии, без усадки при обжиге. Использование безусадочной керамики исключает необходимость допусков на объемную усадку.

Система Everest содержит следующие функциональные модули: сканирующий (Everestscan), обрабатывающий (Everest engine) и печь (Everest therm) для обжига изделий из керамики.

Оптический сканер Everest scan с помощью специального проектора и камеры воспроизводит трехмерное цифровое изображение модели в течение 2 мин с точностью до 20 мкм. Он позволяет сканировать форму окклюзионной поверхности с восковой модели. Благодаря колебательным и вращательным движениям объекта во время сканирования обеспечивается высокая точность воспроизведения даже труднодоступных областей модели.

Программное обеспечение системы дает возможность формирования цифровой модели изделий, визуализации процесса «программного» моделирования на мониторе и «ручной» коррекции цифровой модели. Предусмотрена отдельная опция «программного» моделирования и контроля сложных частей каркасов (краев коронок и мест соединений коронок с каркасом). Формирование цифровой модели изделия и управляющей программы его создания проводится с учетом индивидуальных параметров протетического материала.

Обрабатывающий модуль Everest engine производит механическую обработку заготовки одновременно в пяти направлениях, что гарантирует высокое качество изделий любой геометрии и исключает необходимость любых дополнительных операций. Управление процессом механической обработки и получения протеза осуществляется управляющей программой на основе «цифровой» модели изделия. Кроме того, обрабатывающий модуль имеет собственную программу управления и контроля состояния основных агрегатов, в первую очередь — шлифовальных инструментов. Для каждого материала предусмотрен свой набор обрабатывающих инструментов. Их смена для работы с новым материалом или в случае износа происходит автоматически, за очень короткий промежуток времени. Управляющая программа обеспечивает также быструю автоматическую калибровку и настройку системы на получение различных типов протезов: вкладок, накладок, полукоронок, коронок и мостовидных протезов из различных материалов.

Методика протезов WOL-CERAM (Германия) предполагает использование алюмоксидной керамики в жидкой фазе, в виде суспензии. Аппаратурное обеспечение технологии включает системный блок для цельнокерамических заготовок из «жидкой» керамики на основе оксида алюминия и печь для ее обжига. Системный блок выполнен в настольном варианте. Содержит управляющий компьютер, модуль автоматизированного нанесения керамической массы, модуль сканирования и механической обработки цельнокерамической заготовки. Все 3 модуля объединяет автоматический транспортер, обеспечивающий перемещение гипсового фрагмента модели в процессе получения заготовки керамического протеза.

Технология WOL-CERAM позволяет создавать каркасы одиночных коронок и мостовидных протезов, а также различные конструкции штифтов и имплантатов.