Κεραμικά στην Oδοντική Χειρουργική

Κεραμικά στην Oδοντική Χειρουργική Μέρος Ι: Κεραμικά υλικά για όψεις, ένθετα, επένθετα Στρατής Παπάζογλου, Επίκ. Καθηγητής, Μαριάννα Γαϊταντζοπούλου, Λέκτορας ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗ 2 ΣΥΝΘΕΣΗ ΔΟΜΗ 4 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ 5 - Μηχανικές Ιδιότητες 5 - Φυσικές Ιδιότητες 5 - Βιολογικές Ιδιότητες 6 ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 6 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗΣ 7 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 8 - Συστήματα συμβατικής όπτησης ή συστήματα σύντηξης 8 - Συστήματα ενισχυμένου εσωτερικού πυρήνα 9 - Ενέσιμα ή χυτεύσιμα υπό πίεση ολοκεραμικά συστήματα 9 - Συστήματα διήθησης 10 - Μηχανικά και ηλεκτρονικά κατασκευαζόμενα συστήματα ή CAD/CAM συστήματα 10

Η λέξη «κεραμικό» έχει επικρατήσει διεθνώς και προέρχεται από την αρχαία Ελληνική λέξη «κέραμος» που σημαίνει «ψημένη γη». Τα κεραμικά προέρχονται από την ανάμειξη ανόργανων συστατικών με νερό, που ψήνεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι κεραμικές ύλες είναι ενώσεις μη μεταλλικών στοιχείων με ή χωρίς μεταλλικά στοιχεία και δεν είναι οργανικά υλικά. ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗ Ως υλικό, η οδοντιατρική πορσελάνη ανήκει στην ομάδα των λευκών κεραμικών υλικών που χρησιμοποιούνται στην κεραμική τέχνη εδώ και 3000 χρόνια. Στο χώρο της οδοντιατρικής, η πορσελάνη έκανε την εμφάνισή της στα τέλη του 18 ου αιώνα, προτεινόμενη ως υλικό κατασκευής δοντιών για οδοντοστοιχίες. Από τότε, μέχρι σήμερα και ιδιαίτερα τις τελευταίες δεκαετίες, η εξέλιξή της είναι σημαντική, σε βαθμό που σε κάποιες περιπτώσεις αποκαταστάσεων να θεωρείται το καλύτερο υλικό επιλογής. Σήμερα, τα διάφορα κεραμικά συστήματα χρησιμοποιούνται κυρίως για την επένδυση μεταλλικών σκελετών ακίνητων προσθετικών εργασιών (μεταλλοκεραμικές αποκαταστάσεις) και τελευταία, για την κατασκευή έμμεσων αισθητικών αποκαταστάσεων (κεραμικές όψεις, ένθετα, επένθετα) τόσο σε πρόσθια όσο και σε οπίσθια δόντια. Επίσης κεραμικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δοντιών για μερικές και ολικές οδοντοστοιχίες. Τα κεραμικά υλικά με βάση τη θερμοκρασία τήξης διακρίνονται σε τρεις ομάδες: Υψηλού σημείου τήξης ή ωρίμανσης (1290 ο - 1370 ο C) Μέσου σημείου τήξης ή ωρίμανσης (1095 ο - 1260 ο C) Χαμηλού σημείου τήξης ή ωρίμανσης (870 ο - 1065 ο C) Τα κεραμικά υλικά που χρησιμοποιούμε για κεραμικές όψεις, ένθετα, επένθετα και μεταλλοκεραμικές αποκαταστάσεις ανήκουν στην κατηγορία χαμηλού σημείου τήξης. ΣΥΝΘΕΣΗ - ΔΟΜΗ Η οδοντιατρική πορσελάνη διαφέρει σε σύσταση από την πορσελάνη του εμπορίου (π.χ. είδη υγιεινής), στις αναλογίες των κύριων συστατικών του και τις μεθόδους όπτησης. Αυτό ουσιαστικά καθιστά τον όρο «οδοντιατρική πορσελάνη» (dental porcelain) μη επιστημονικά σωστό παρότι έχει επικρατήσει διεθνώς. Τα βασικά συστατικά της οδοντιατρικής πορσελάνης είναι διάφορα ορυκτά του πυριτίου και του αργιλίου, με κυριότερα τον άστριο, το χαλαζία, τον καολίνη και την άργιλο. 2

Τα υπόλοιπα συστατικά είναι διάφορα μεταλλικά οξείδια τα οποία προστίθενται με σκοπό να δώσουν στο υλικό κάποιες επιθυμητές ιδιότητες. Άστριος (Feldspar): Ο άστριος αποτελεί το κύριο συστατικό της οδοντιατρικής πορσελάνης. Στη φύση έχει τη μορφή διαφανούς κρυστάλλου, ακαθόριστου χρώματος μεταξύ γκρι και ροζ. Χημικά είναι ένα ένυδρο διπλό άλας του πυριτικού αργιλίου σε ένωση με κάλιο (λευκίτης K 2 O. Al 2 O. 3 6SiO 2 ) ή με νάτριο (αλβίτης ή νεφελίτης Na 2 O. Al 2 O. 3 6SiO 2 ), που τήκεται στους 1290 ο C. Κατά την πυράκτωσή του μετατρέπεται σε μια υαλώδη (άμορφο γυαλί) και μια κρυσταλλική φάση. Ο άστριος στην πορσελάνη προσδίδει σταθερότητα σχήματος της κατασκευής, αντοχή, διαφάνεια και συντελεί στη ρύθμιση του συντελεστή θερμικής διαστολής. Χαλαζίας (quartz): Ο χαλαζίας στη φύση συναντάται με διάφορες μορφές. Χημικά είναι κρυσταλλική μορφή του SiO 2. Έχει υψηλό σημείο τήξης και συνεπώς συντελεί στη σταθερότητα της κατασκευής κατά το στάδιο της όπτησης. Δημιουργεί ένα σκελετό πάνω στον οποίο γίνεται η εναπόθεση όλων των υπολοίπων στοιχείων. Είναι συστατικό με το οποίο ρυθμίζεται ο συντελεστής θερμικής διαστολής και προσδίδει αντοχή στη θραύση. Σε αντίθεση με τον άστριο προκαλεί μερική αδιαφάνεια, γι αυτό και περιέχεται σε μικρές αναλογίες στις ημιδιαφάνειες (αδαμαντίνη - έως 3%), ενώ στο σώμα (οδοντίνη) σε μεγαλύτερες (οδοντίνη έως 20%). Καολίνης (Kaolin): Στην οδοντιατρική πορσελάνη ο καολίνης συναντάται με τη μορφή ένυδρης πυριτικής αργίλου (Al 2 O. 3 2SiO. 2 2H 2 O). Κατά την ανάμειξη με νερό, μετατρέπεται σε μια κολλώδη μάζα με μεγάλη πλαστικότητα, διευκολύνοντας έτσι τους χειρισμούς κατά το χτίσιμο και το σκάλισμα των εργασιών. Είναι έντονα αδιαφανής, γι αυτό και αποφεύγεται στις ημιδιαφάνειες. Κατά την όπτηση λιώνει και εναποτίθεται στο σκελετό του χαλαζία παρουσιάζοντας συστολή. Στα σύγχρονα κεραμικά υλικά, έχει αντικατασταθεί με οργανικές κολλώδεις ουσίες, που κατά την όπτηση εξαχνούνται. Άργιλος (Alumina): Ο μηχανισμός λειτουργίας και ο ρόλος της αργίλου (οξείδιο του αργιλίου Al 2 O 3 ) στην οδοντιατρική πορσελάνη είναι αρκετά πολύπλοκος. Συνήθως υποκαθιστά το χαλαζία, αποτελεί ενισχυτικό παράγοντα της πορσελάνης, προσδίδει όμως αδιαφάνεια γι αυτό και χρησιμοποιείται για την κατασκευή εσωτερικών πυρήνων (core). Το 1965, ο McLean πρότεινε τη χρήση της αργίλου στην κατασκευή ολοκεραμικών στεφανών Jacket. Σήμερα, ο ρόλος της αργίλου είναι ιδιαίτερα σημαντικός στην παραγωγή κάποιων σύγχρονων ολοκεραμικών συστημάτων. Εκτός από τα παραπάνω στοιχεία που αποτελούν τα βασικά συστατικά της οδοντιατρικής πορσελάνης, διάφορες ενώσεις κυρίως μεταλλικά οξείδια (του πυριτίου, του μαγνησίου, του μαγγανίου, του ασβεστίου, του λιθίου, του βαρίου, πεντοξείδιο του 3

φωσφόρου, πυριτικό κάλιο, ανυδρίτης του βόρακα κ.α.) προστίθενται σε μικρές ποσότητες με σκοπό τη βελτίωση κάποιων φυσικών ή μηχανικών ιδιοτήτων. Κυρίως μεταβάλλουν τη θερμοκρασία όπτησης και το συντελεστή θερμικής διαστολής. Χαρακτηρίζονται ως τροποποιητές υάλου, καθώς και ως μεσοχώρα (fluxes). Επιπρόσθετα, προστίθεται ποικιλία οξειδίων, που λειτουργούν ως χρωστικές ουσίες και δίνουν στην οδοντιατρική πορσελάνη τη δυνατότητα να προσομοιάσει το φυσικό δόντι. Τέτοια παραδείγματα χρωστικών ουσιών και η αντίστοιχη απόχρωση που δίνουν είναι το οξείδιο του σιδήρου και του νικελίου, καφέ, οξείδιο του χαλκού και του χρωμίου, πράσινο, οξείδιο του τιτανίου, καφε-κίτρινο οξείδια κασσιτέρου-χρωμίου και οξείδιο του ινδίου, κίτρινο, οξείδια χρωμίου-κασσιτέρου και χρωμίου-αργιλίου, ροδόχρους απόχρωση, οξείδιο του κοβαλτίου, μπλε, οξείδιο του μαγγανίου, μπλε-μωβ. Επιπρόσθετη αδιαφάνεια επιτυγχάνεται με την προσθήκη οξειδίων του ζιρκονίου, του τιτανίου και του κασσιτέρου. Οι προαναφερθείσες ενώσεις είτε ενσωματώνονται στη μάζα της πορσελάνης κατά την παραγωγή της, είτε χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ειδικών τροποποιητών χρώματος και αδιαφανειών (stains, tints, opaquers) που σκοπό έχουν την απόδοση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών χρωματικών γνωρισμάτων των δοντιών στις αποκαταστάσεις. Από πλευράς δομής η οδοντιατρική πορσελάνη είναι ένα σύνθετο υλικό που έχει μία υαλώδη μήτρα ενισχυμένη από μία ή περισσότερες κρυσταλλικές φάσεις. Η υαλώδης μήτρα αποτελείται από οξείδια του πυριτίου συναντώνται με μορφή δικτύου Si-O, όπου το άτομο του πυριτίου συνδέεται με 4 άτομα οξυγόνου με ιοντικούς δεσμούς σε τετραεδρική διάταξη. Κατά τη στερεοποίηση της πορσελάνης, οι αλυσίδες αυτές του πυριτίου δεν κρυσταλλώνονται, αλλά αντίθετα, η δομή του υλικού στερείται συμμετρικής διάταξης και μοιάζει με αυτή των υγρών (υγρών σε απόψυξη). Βέβαια, στην τετραεδρική αυτή δομή μπορούν να διεισδύσουν διάφορα ετερογενή στοιχεία όπως το νάτριο και το κάλιο που βρίσκονται στον άστριο ή στη μεσοχώρα και να προκαλέσουν διάσπαση και κατακρίμνηση του τετραεδρικού δικτύου του πυριτίου. Η μάζα του υλικού θα κρυσταλλοποιηθεί εν μέρει. Υπερβολική κρυστάλλωση του γυαλιού μετά από πολλές οπτήσεις, ονομάζεται αποϋαλοποίηση (devitrification), και συνοδεύεται από μεγάλη διαστολή και θάμπωμα της μάζας του. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Τα κεραμικά είναι ψαθυρά υλικά δηλαδή σπάνε σε εφελκιστικές τάσεις χωρίς σημαντική μόνιμη παραμόρφωση. 4

Μηχανικές ιδιότητες: Η αντοχή της οδοντιατρικής πορσελάνης διαφέρει ανάλογα με τη σύσταση και την εσωτερική δομή του υλικού, επηρεάζεται δε από τους χειρισμούς κατά το χτίσιμό της και από τις μεθόδους όπτησης. Τα κεραμικά υλικά δεν είναι όλκιμα, αντίθετα θεωρούνται ιδιαίτερα ψαθυρά. Η αντοχή στην κάμψη της πορσελάνης κυμαίνεται μεταξύ 62 και 90 MPa. Η αντοχή στη θλίψη είναι υψηλή αγγίζοντας τα 170 MPa. Η αντοχή τους όμως στον εφελκυσμό είναι μειωμένη και δεν ξεπερνά τα 34 MPa. Τούτο οφείλεται στις μικρορωγμές που υπάρχουν στην επιφάνεια και τη μάζα του υλικού. Κατά την εφαρμογή εφελκυστικών τάσεων οι μικρορωγμές «ανοίγουν» δηλαδή μεγαλώνουν σε μήκος και οδηγούν στην αποτυχία της αποκατάστασης. Αντίθετα, κατά την εφαρμογή θλιπτικών τάσεων, οι ρωγμές του υλικού συμπιέζονται και συμπλησιάζουν. Ετσι, οι ρωγμές δεν πολλαπλασιάζεται και δεν μεταδίδονται, με αποτέλεσμα το υλικό να αντιστέκεται στην εφαρμοζόμενη τάση με μεγαλύτερη επιτυχία. Συνεπώς, η ανάγκη δημιουργίας μιας δομής χωρίς ατέλειες, καθώς και η επίτευξη και διατήρηση λείας επιφάνειας σε όποια αποκατάσταση πορσελάνης είναι δεδομένη και σαφής. Για τα κεραμικά υλικά η ιδιότητα που είναι πιο σημαντική από την αντοχή (σ f ) είναι η δυσθραυστότητα (Κ IC ) που εκφράζει την αντίσταση του κεραμικού στην διάδοση των ρωγμών: Κ IC =σ f * πα, ;όπου α το μέγεθος της ρωγμής και π η γνωστή σταθερά. Φυσικές ιδιότητες: Μια από τις σημαντικές ιδιότητες της πορσελάνης είναι η συστολή που παρουσιάζει κατά το στάδιο της όπτησης. Ακόμη και η καλά συμπυκνωμένη πορσελάνη παρουσιάζει συρίκνωση. Η θερμική αντίδραση που τελείται κατά το στάδιο της όπτησης οδηγεί σε απώλεια νερού, τήξη των συστατικών της και σύντηξη των ασύνδετων μορίων μεταξύ τους σε ενιαία μάζα με συνέπεια τη ρίκνωση της μάζας του υλικού. Η γραμμική συστολή της πορσελάνης κυμαίνεται από 11% έως 14%, ενώ η ογκομετρική συστολή κυμαίνεται από 28% έως 34%. Γενικότερα η συστολή της πορσελάνης εξαρτάται από τη μέθοδο και το βαθμό συμπύκνωσης και σε κάποιο βαθμό από τη σύνθεσή της και τη μέθοδο και τη θερμοκρασία όπτησης. Η θερμική αγωγιμότητα της πορσελάνης είναι της τάξης του 0,0030 cal/sec cm 2 ενώ ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι ελάχιστα μικρότερος από αυτόν του δοντιού και κυμαίνεται από 12 έως 14*10-6 / o C. Η σκληρότητα της πορσελάνης είναι της τάξης των 460 kg/mm 2, δηλαδή σαφώς πολύ υψηλός συγκρινόμενος με αυτόν των πολυμερών υλικών και των οδοντικών ιστών. Η αυξημένη αυτή σκληρότητα της πορσελάνης, σε ένα βαθμό, μπορεί να αποτελέσει μειονέκτημα καθώς σχετίζεται (όχι απόλυτα) με το βαθμό αποτριβής των ανταγωνιστών φυσικών δοντιών. Σχετικά με την αντίσταση στην τριβή, έχει αξιολογηθεί ότι είναι ίση ή ελάχιστα μεγαλύτερη από αυτή της αδαμαντίνης. 5

Η πορσελάνη θεωρείται υλικό χημικά σταθερό, υλικό που δεν διαλύεται στα στοματικά υγρά. Στον χώρο της Επανορθωτικής Οδοντιατρικής τα κεραμικά υλικά θεωρούνται σήμερα, τα υλικά με τη δυνατότητα της καλύτερης αισθητικής απόδοσης. Οι οπτικές τους ιδιότητες ποικίλουν ανάλογα με τη σύνθεση και τη δομή τους. Τα χρώματα των οδοντιατρικών πορσελανών βρίσκονται στην κλίμακα του κίτρινου και του κίτρινου-κόκκινου. Χρωστικές ουσίες και τροποποιητές χρώματος χρησιμοποιούνται για την απόδοση των ιδιαίτερων γνωρισμάτων των δοντιών. Ο βαθμός διαφάνειας ποικίλει ανάλογα με τον τύπο της πορσελάνης (αδιαφάνεια, σώμα-οδοντίνη, ημιδιαφάνεια-αδαμαντίνη, κοπτική πορσελάνη). Τα κεραμικά υλικά παρουσιάζουν σταθερότητα χρώματος. Αν και οι οπτικές ιδιότητες των κεραμικών υλικών διαφέρουν από αυτές των οδοντικών ιστών, η πορσελάνη σήμερα θεωρείται ότι δίνει τη δυνατότητα αναπαραγωγής της υφής, του βάθους χρώματος και της διαφάνειας των φυσικών δοντιών. Βιολογικές ιδιότητες: Τα κεραμικά υλικά, γενικά, κατατάσσονται ανάμεσα στα πιο βιοσυμβατά οδοντιατρικά υλικά. Είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά στη διάβρωση και δεν προκαλούν τοπικές ή συστεμικές αλλεργικές ή τοξικές αντιδράσεις. Με το στάδιο της υάλωσης (glaze) επιτυγχάνεται επιφάνεια λεία, αποδεκτή τόσο από τους περιοδοντικούς ιστούς όσο και τους ιστούς του βλεννογόνου και της γλώσσας. ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Το βασικότερο μειονέκτημα της οδοντιατρικής πορσελάνης είναι η ψαθυρότητα που παρουσιάζει. Η ενίσχυση με έναν κατάλληλα σχεδιασμένο μεταλλικό σκελετό συντελεί στην ανάπτυξη μηχανικής υποστήριξης της αποκατάστασης. Παλαιότερα ένα σημαντικό πρόβλημα των μεταλλοκεραμικών αποκαταστάσεων ήταν η ποιότητα του δεσμού που δημιουργείται μεταξύ του μεταλλικού σκελετού και της πορσελάνης (μεταλλοκεραμικός δεσμός). Σήμερα καθώς αυτό έχει ξεπεραστεί το πιο σημαντικό πρόβλημα των μεταλλοκεραμικών αποκαταστάσεων είναι ο βαθμός αισθητικής απόδοσης της αποκατάστασης λόγω του αδιαφανους υποστρώματος που δεν επιτρέπει την απρόσκοπτη διάδοση του φωτός. Στα υπαρκτά αυτά προβλήματα ήρθαν να δώσουν λύση τα ολοκεραμικά συστήματα. Πρόκειται για συστήματα ενισχυμένων κεραμικών υλικών, τα οποία με ειδικούς χειρισμούς και με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού δίνουν αποκαταστάσεις εξ ολοκλήρου κεραμικές που συγκολλούνται σε ειδικού σχεδιασμού παρασκευασμένα πρόσθια ή οπίσθια 6

δόντια. Οι πρώτες προσπάθειες κατασκευής ολοκεραμικής αποκαταστάσης αποδίδονται στον Land ο οποίος στα 1887 παρουσίασε, και μέχρι τις αρχές του 19 ου αιώνα βελτίωσε, την πρώτη ολοκεραμική αποκατάσταση, η οποία ονομάστηκε στεφάνη Jacket. Συνίσταται στην κατασκευή μιας εξ ολοκλήρου κεραμικής στεφάνης σε μήτρα από λεπτό φύλλο πλατίνας. Παρά τη μειονεκτική της αντοχή χρησιμοποιήθηκε ευρέως για την αισθητική αποκατάσταση προσθίων δοντιών. Η κατασκευή προστομιακών όψεων πορσελάνης πορσελάνης για την αισθητική βελτίωση των δοντιών ενός ηθοποιού από τον Charles Pincus το 1930 και η ενσωμάτωση της αλουμίνας (glass Alumina Al 2 O3) στην συμβατική πορσελάνη αστρίου το 1965 από τους McLean και Hudhes αποτελούν ιδιαίτερα σημαντικούς σταθμούς στην ανάπτυξη των ολοκεραμικών συστημάτων. Οι ερευνητικές προσπάθειες της δεκαετίας του 70 και η ανάπτυξη της τεχνολογίας των κεραμικών υλικών από τη δεκαετία του 80 μέχρι σήμερα είχε σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση πολλών συστημάτων κεραμικών υλικών που σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως στο χώρο της Επανορθωτικής Οδοντιατρικής. Η παρουσίαση αυτών των ολοκεραμικών συστημάτων σε συνδυασμό με την εισαγωγή των σύγχρονων ρητινωδών συστημάτων συγκόλλησης και η εφαρμογή των αρχών αδροποίησης και συγκόλλησης με τους οδοντικούς ιστούς συνέβαλαν σημαντικά στην επίλυση πολλών προβλημάτων που σχετίζονται με την αισθητική των δοντιών και του χαμόγελου, δίνοντας έτσι στον κλινικό οδοντίατρο τη δυνατότητα βελτίωσης της ποιότητας εργασίας του και των παροχών του προς τον ασθενή. ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ Οι μέθοδοι ενίσχυσης των κεραμικών αποκαταστάσεων συνίστανται στις γενικότερες μεθόδους ενίσχυσης ψαθυρών υλικών. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η μειωμένη αντοχή των κεραμικών υλικών οφείλεται στη ανάπτυξη πόρων και μικρορωγμών στην επιφάνεια και στην μάζα του υλικού με συνέπεια τη μειωμένη αντοχή στις εφελκυστικές τάσεις. Η ενίσχυση, λοιπόν, των εύθραυστων κεραμικών υλικών έγκειται στη δυνατότητα αύξησης της αντίστασης στις θλιπτικές δυνάμεις. Τούτο επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη συνεχών θλιπτικών τάσεων στην επιφάνεια του υλικού και στη διακοπή μετάδοσης των ρωγμών στη μάζα του υλικού. Οι πιο γνωστοί τρόποι ενίσχυσης είναι: Η χημική ενίσχυση ή ενίσχυση ιοντικής ανταλλαγής (ion exchange). Η συσσώρευση των θλιπτικών τάσεων γίνεται με χημική επεξεργασία ανταλλαγής ιόντων μεγαλύτερου μοριακού βάρους σε χαμηλή θερμοκρασία και οδηγεί σε μεγάλη αύξηση της αντοχής του υλικού. Η θερμική ενίσχυση (thermal tempering). Συνίσταται στην απότομη ψύξη της επιφάνειας ενός 7

πολύ ζεστού αντικειμένου. Η απότομη αυτή ψύξη οδηγεί στην δημιουργία μιας στερεοποιημένης επιφάνειας και ενός μαλακού πυρήνα, που κατά τη ψύξη του συστέλλεται και προκαλεί ανάπτυξη θλιπτικών τάσεων στην επιφάνεια του υλικού, που αντισταθμίζουν τις τάσεις που αναπτύσσονται κατά τη λειτουργική καταπόνηση των αποκαταστάσεων. Ενίσχυση μέσω διαφοράς συντελεστή θερμικής διαστολής (thermal expansion coefficient mismatch). Το επιφανειακό φαινόμενο που περιγράφηκε παραπάνω μεταφέρεται στην εσωτερική μάζα του υλικού. Δημιουργούνται στο εσωτερικό κρύσταλλοι με υψηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής από αυτόν του περιβάλλοντος επιφανειακού στρώματος υάλου, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη αυξημένων θλιπτικών δυνάμεων στην περιφέρεια των κρυστάλλων κατά τη διάρκεια της ψύξης και συνεπώς αύξηση της αντοχής. Η ενίσχυση της διασποράς (Dispersion of a crystalline phase). Κρυσταλλικές ενώσεις διασπείρονται στον υαλώδη σκελετό ή κρυσταλλικές ίνες ενσωματώνονται στην υαλώδη μάζα. Το μείγμα αυτό κρυστάλλων και γυαλιού έχει αυξημένη αντοχή και σταθερότητα διαστάσεων, καθώς λόγω της δομής του παρεμποδίζεται κατά κάποιο τρόπο η μετάδοση των μικρορωγμών της επιφάνειάς του στην μάζα του υλικού. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΟΛΟΚΕΡΑΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Τα ολοκεραμικά συστήματα που κυκλοφορούν σήμερα κατατάσσονται, με βάση τη μέθοδο κατασκευής τους στις παρακάτω κατηγορίες: Ι. Συστήματα συμβατικής όπτησης ή συστήματα σύντηξης (Conventional powder-slurry ceramics ή sintered ceramics). Στην κατηγορία αυτή ανήκει μια πληθώρα συστημάτων. Τα συστήματα αυτά ποικίλουν ως προς τη σύνθεσή τους, όμως η μέθοδος όπτησης της πορσελάνης είναι παρόμοια και βασίζεται στη συμβατική μέθοδο που είναι γνωστή με τον όρο «χτίσιμο της πορσελάνης». Οι κόκκοι της πορσελάνης αναμειγνύονται με απεσταγμένο νερό για το σχηματισμό πολτού, ο οποίος χρησιμοποιείται για το χτίσιμο της αποκατάστασης σε στρώματα. Κατά την όπτηση της πορσελάνης, με την άνοδο της θερμοκρασίας τα τεμαχίδια της πορσελάνης συσπειρώνονται και συντήκονται (sintering). Κατά τη σύντηξη, η πυκνότητα της πορσελάνης αυξάνεται και η αρχικά πορώδης μάζα μετατρέπεται σε μια πυκνή ενιαία κατασκευή. Τα ολοκεραμικά συστήματα της κατηγορίας αυτής μπορεί να είναι συμβατικά συστήματα πορσελάνης αστρίου με τα οποία μπορούν να κατασκευαστούν ένθετα, επένθετα και προστομιακές όψεις. Ενίσχυση της πορσελάνης αστρίου με λευκίτη δίνει συστήματα, που 8

ενδείκνυνται επιπλέον και για την κατασκευή ολοκεραμικών στεφανών. Τα συστήματα αυτά παρουσιάζουν ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες. Η αντοχή τους φτάνει τιμές μέχρι και 2,5 φορές μεγαλύτερες αυτών των συμβατικών συστημάτων. Χαρακτηρίζονται από καλές οπτικές ιδιότητες, καθώς το φως διαχέεται και αντανακλάται όπως στο φυσικό δόντι λόγω της απουσίας εσωτερικού μεταλλικού ή κεραμικού πυρήνα. Μειονέκτημα των συστημάτων αυτών αναφέρεται η αυξημένη πιθανότητα αποτριβής των ανταγωνιστών δοντιών λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας σε λευκίτη. Σύγχρονες μικρόκοκκες πορσελάνες έχουν λύσει αυτό το πρόβλημα. ΙΙ. Συστήματα ενισχυμένου εσωτερικού πυρήνα (core ceramic systems) Πρόκειται για σύγχρονα συστήματα πορσελάνης όπου κατασκευάζεται εσωτερικός πυρήνας ενισχυμένης πορσελάνης με οξείδιο του αργιλίου, του μαγνησίου ή του ζιρκονίου αντίστοιχα και υπερδομείται με συμβατική πορσελάνη. Με τα συστήματα αυτά μπορούν να κατασκευαστούν ένθετα, επένθετα, προστομιακές όψεις καθώς και ολοκεραμικές στεφάνες υψηλής αντοχής για πρόσθια αλλά και οπίσθια δόντια. ΙΙΙ. Ενέσιμα ή χυτεύσιμα υπό πίεση ολοκεραμικά συστήματα (heat-pressed ή injectionmolded ceramics και κάποια χαρακτηρίζονται ως cast glass ceramics) Η κατασκευή των κεραμικών αυτών συστημάτων γίνεται με χύτευση και όχι με χτίσιμο. Κατασκευάζεται δηλαδή ένα κέρινο πρότυπο. Μετά την εξάχνωση του κεριού, τη θέση του παίρνει το κεραμικό υλικό που χυτεύται σε ειδικές συσκευές. Από πλευράς δομής, κάποια από τα κεραμικά αυτά υλικά αρχικά έχουν υαλώδη μορφή, που στη συνέχεια με ελεγχόμενη θερμική επεξεργασία κρυσταλλοποιούνται εν μέρει και μετατρέπονται σε υαλοκεραμικά υλικά (cast glass ceramics). Η κρυσταλλική φάση μπορεί να είναι φθοριομαρμαρυγία ή λευκίτης ή διπυριτικό λίθιο. Τα συστήματα αυτά χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή και ενδείκνυνται για αποκαταστάσεις ολικής κάλυψης προσθίων ή οπισθίων δοντιών, ένθετα, επένθετα, καθώς και για προστομιακές όψεις. Το συστήμα φθοριομαρμαρυγίας (Dicor system) που σήμερα έχει αποσυρθεί ήταν ιδιαίτερα μεγάλης διαφάνειας (μεγαλύτερη όλων των ολοκεραμικών συστημάτων), έδιναν αποκαταστάσεις πολύ καλής εφαρμογής και παρουσίαζαν σκληρότητα ανάλογη αυτής της αδαμαντίνης. Οι αποκαταστάσεις αυτής της κατηγορίας μπορούν είτε να κατασκευαστούν εξ ολοκλήρου χυτεύσιμες και τα χρωματικά χαρακτηριστικά αποδίδονταν με εφυάλωση επιφανειακών χρωστικών, είτε να κατασκευαστεί χυτεύσιμος εσωτερικός πυρήνας που στη συνέχεια θα υπερδομηθεί με συμβατική πορσελάνη αστρίου (layering technique). 9

Διαθέτουν μεγάλη αντοχή, καλή εφαρμογή και πολύ καλή αισθητική απόδοση (ημιδιαφανής πορσελάνη). Η διαδικασία κατασκευής όμως είναι χρονοβόρα και απαιτεί ακριβό εξοπλισμό και εκπαιδευμένο προσωπικό. Αντιπροσωπευτικά σύγχρονα συστήματα αυτής της κατηγορίας είναι τα συστήματα IPS-Empress (με ενίσχυση λευκίτη) και IPS-Empress 2 (διπυριτικό λίθιο), καθώς και τα Optec και Finesse All-Ceramic. IV. Συστήματα διήθησης (Infiltrated ceramics ή Slip-cast ceramics) Η τεχνική των συστημάτων διήθησης συνίσταται στην κατασκευή ενός πολύ ισχυρού εσωτερικού πυρήνα, που γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο, ο πυρήνας είναι ιδιαίτερα πορώδης, και αποτελείται από λεπτόκοκκη αλουμίνα (aluminus), ή αλουμίνα και μαγνησία (spinell) ή αλουμίνα και ζιρκόνια (zirconia), αντίστοιχα για κάθε σύστημα. Στη συνέχεια, ο πυρήνας διηθείται με τηγμένο γυαλί επιλεγμένου χρώματος. Η διήθηση αυτή με γυαλί βελτιώνει την αισθητική απόδοση του εσωτερικού πυρήνα ο οποίος όμως παραμένει αρκετά αδιαφανής, αλλά κυρίως προσδίδει αντοχή που σε κάποια συστήματα γίνεται σχεδόν εικοσαπλάσια της αρχικής. Η ολοκλήρωση της κατασκευής γίνεται με το χτίσιμο συμβατής πορσελάνης. Η μέχρι τώρα έρευνα δείχνει ότι τα συστήματα αυτά έχουν δυνατότητα καλής εφαρμογής, αλλά κυρίως είναι πάρα πολύ υψηλής αντοχής. Ιδιαίτερα, για τα συστήματα ζιρκονίου η αντοχή στην κάμψη αγγίζει τα 800 MPa. Ο εσωτερικός πυρήνας προσδίδει μια αδιαφάνεια στην αποκατάσταση. Τα συστήματα αλουμίνας-μαγνησίας λόγω της σύστασής τους διαθέτουν βελτιωμένες οπτικές ιδιότητες σε βάρος όμως κατά ένα βαθμό των μηχανικών τους ιδιοτήτων, ενώ τα συστήματα ζιρκονίου είναι ιδιαίτερα αδιαφανή. Τα συστήματα της κατηγορίας αυτής προτείνονται για την κατασκευή μεμονωμένων ενθέτων, επενθέτων, ολοκεραμικών στεφανών αλλά και μικρών γεφυρών. Αν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή προστομιακών όψεων, λόγω της αδιαφάνειας που παρουσιάζουν καλό είναι να αποφεύγονται. Αντιπρόσωποι αυτής της κατηγορίας ολοκεραμικών υλικών είναι τα συστήματα In Ceram (αλουμίνα), In Ceram Spinell (αλουμίνα-μαγνησία), In Ceram Zirconia (αλουμίναοξείδιο του ζιρκονίου). V. Μηχανικά και ηλεκτρονικά κατασκευαζόμενα συστήματα (Machinable ceramics - CAD/CAM ceramic systems) Οι προσπάθειες συνδυασμού της οδοντιατρικής επιστήμης και της ραγδαίως εξελισσόμενης τεχνολογίας και της επιστήμης ηλεκτρονικών υπολογιστών είχε σαν αποτέλεσμα την παρουσίαση συστημάτων κατασκευής διαφόρων αποκαταστάσεων με τη 10

βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών για την αποτύπωση και σχεδιασμό και ειδικού μηχανολογικού εξοπλισμού κοπήςι. Τα συστήματα που κυκλοφορούν στο εμπόριο είναι αρκετά και οι τρόποι λειτουργίας τους ποικίλουν. Το σύστημα Celay βασίζει τη λειτουργία του στην ανίχνευση και αντιγραφή ενός προτύπου της αποκατάστασης, που κατασκευάζεται είτε άμεσα στο δόντι, είτε έμμεσα σε εκμαγείο εργασίας μετά τη λήψη αποτυπώματος. Το πρότυπο αυτό τοποθετείται στην ειδική συσκευή. Καθώς, το ένα τμήμα της συσκευής ανιχνεύει το πρότυπο, το άλλο τμήμα αποκόπτει τον κεραμικό προκατασκευασμένο κύβο αναπαράγοντας όλες τις κινήσεις στα τρία επίπεδα του χώρου. Ένα από τα πιο γνωστά CAD/CAM συστήματα είναι το σύστημα Cerec (Siemens Co., Germany). Πρωτοπαρουσιάστηκε το 1985, στη Ζυρίχη, και διατίθεται στο εμπόριο από το 1989. Η λειτουργία του συστήματος συνίσταται στην οπτική αποτύπωση του παρασκευασμένου δοντιού με τη βοήθεια ενδοστοματικής κάμερας, η οποία μεταφέρεται ως εικόνα στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ακολουθεί λεπτομερής σχεδίαση, αποθήκευση στη μνήμη του υπολογιστή και κοπή των προκατασκευασμένων κύβων κεραμικού υλικού. Η ανανεωμένες μορφές του συστήματος, Cerec ΙΙ και Cerec ΙΙΙ δίνουν την δυνατότητα απόδοσης, ως ένα βαθμό, της μασητικής επιφάνειας και καθιστούν ευρύτερα κλινικά εφαρμόσιμο το σύστημα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον συγκεντρώνει το σύστημα Procera All-Ceramic, το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή στεφανών και ακίνητων προσθετικών αποκαταστάσεων με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Το σύστημα αποτελείται από έναν ανιχνευτή επιφάνειας (scanner), έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή και μια συσκευή κατασκευής και διαμόρφωσης κολοβωμάτων. Γίνεται ανίχνευση και αντιγραφή του κολοβώματος εργασίας και ακολουθεί χαρτογράφηση και κατασκευή μέσω του ηλεκτρονικού υπολογιστή ενός δεύτερου κολοβώματος πάνω στο οποίο διαμορφώνεται με πίεση ο κεραμικός σκελετός της αποκατάστασης από καθαρό οξείδιο του αργιλίου. Ακολουθεί όπτηση του σκελετού σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (1550 o C), ενώ η αποκατάσταση ολοκληρώνεται με υπερδόμηση και διαμόρφωση στρωμάτων ειδικών κεραμικών μαζών με το συνήθη τρόπο. Με βάση τα ερευνητικά δεδομένα η αντοχή του υλικού αυτού στην κάμψη φτάνει ή και ξεπερνάει τα 600 MPa. Σε αντίθεση με τα παραπάνω CAD/CAM συστήματα διαθέτει καλή ακρίβεια εφαρμογής των ορίων και η αισθητική του απόδοση είναι καλή. Στόχος της ανάπτυξης των μηχανικά κατασκευαζόμενων και των CAD/CAM συστημάτων είναι η κατασκευή αποκαταστάσεων, που ο σχεδιασμός και η κατασκευή τους να γίνεται με τη βοήθεια εξειδικευμένου μηχανολογικού εξοπλισμού ακριβείας ή με βάση ένα καλά οργανωμένο πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή και συνεπώς οι πιθανότητες λάθους 11

να μειώνονται στο ελάχιστο. Στην κλινική πράξη πάντως παρουσιάζονται μειονεκτήματα και δυσκολίες. Το κόστος αγοράς των συστημάτων είναι ιδιαίτερα υψηλό, και επιπλέον χρειάζεται ειδική εκμάθηση της λειτουργίας τους καθώς και της εφαρμογής της τεχνικής. Αυτό που σηματοδοτεί πάντως το χώρο της Οδοντιατρικής τεχνολογίας είναι οι προσπάθειες βελτίωσης που γίνονται στο πεδίο των CAD/CAM συστημάτων. Παραπέρα αξιοποίηση και εξέλιξη των συστημάτων αυτών δεν αποκλείεται στο μέλλον να τα τοποθετήσει ψηλά στην προτίμηση των κλινικών οδοντιάτρων και να ανοίξει νέους ορίζοντες στους χώρους της Επανορθωτικής Οδοντιατρικής. 12