Verwendung von Zirkonoxid in der festsitzenden Prothetik

Neben Inlays, Onlays, Teilkronen und Veneers sind mit den heutzutage zur Verfügung stehenden modernen Keramiksystemen klinisch erfolgreiche Vollkeramikkronen und -brücken in der Front aber auch im Kaulast tragenden Seitenzahnbereich möglich. Gleichzeitig besitzen vollkeramische Restaurationen eine ausgezeichnete Gewebeverträglichkeit und Biokompatibilität. Allerdings existieren zwischen den verschiedenen vollkeramischen Systemen (Silikatkeramik, glasinfiltrierte Oxidkeramik, polykristalline oxidische Strukturkeramik) erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Indikationsbereiche und der klinischen beziehungsweise technischen Verarbeitung. Dies bringt sowohl für den Zahnarzt als auch für den Zahntechniker die Notwendigkeit mit sich, werkstoffgerechte Präparations- und Verarbeitungstechniken anzuwenden, um den Patienten qualitativ hochwertige und langfristig klinisch stabile Restaurationen einzugliedern.

Die glasfreie polykristalline oxidische Hochleistungskeramik aus Zirkonoxid weist ein dichtes, porenfreies Mikrogefüge mit sehr feiner Korngröße (rund 0,5 µm) auf und ist nahezu frei von Verunreinigungen (0,05 Prozent). Daraus leiten sich ihre extreme Festigkeit (Zirkonoxid bis 1 300 MPa) und Härte ab. Dies macht vor allem Zirkonoxid zum idealen vollkeramischen Gerüstmaterial für Brücken im Kaulast tragenden Seitenzahnbereich. Die Bearbeitung dieses hochfesten Werkstoffes ist allerdings sehr aufwändig und kann im Labor mit den bekannten Sinter-, Guss- und Pressverfahren nicht vollzogen werden. Es werden hierfür primär CAD/CAM-Fertigungsverfahren eingesetzt, die aus industriell hergestellten Keramikrohlingen das Gerüst des Zahnersatzes herausfräsen.

Die mit Yttriumoxid in der tetragonalen Phase stabilisierte polykristalline Zirkonoxidkeramik (Y-TZP) kann in zwei verschiedenen Verfahrenstechniken verarbeitet werden [1]. Die Formgebung des zahntechnischen Gerüstes aus industriell hergestellten Rohlingen kann entweder vor (Weißkörperbearbeitung) oder nach (Hartbearbeitung) der vollständigen Sinterung des Zirkonoxids erfolgen.

Industriell dicht gesintertes, durch einen HIP-Prozess nachverdichtetes Zirkonoxid (HIP = Hot Isostatic Pressing) steht als Rohling für die subtraktive Fräsbearbeitung zur Verfügung [2]. Diese Art der Gerüstherstellung ist allerdings wegen der extremen Härte des „gehipten“ Zirkonoxids sehr zeitintensiv und mit einem hohen Verschleiß der Schleifwerkzeuge verbunden. Es werden bei dieser Technik auch bearbeitungsbedingte Schädigungen der Mikrostruktur der Keramik diskutiert.

Im Gegensatz zur Hartbearbeitung verfolgen andere Systeme die Fräsbearbeitung von kreideartigen Weißkörperrohlingen, also einer teilgesinterten Zirkonoxidkeramik (z. B. Lava, 3M Espe, Seefeld). Dadurch sinken die Bearbeitungszeiten und der Werkzeugverschleiß. Die Fräsung der Gerüststrukturen erfolgt in einem vom Computersystem exakt berechneten vergrößerten Zustand (rund 20 bis 30 Prozent); der Vergrößerungsfaktor richtet sich nach dem Betrag der bei der nachfolgenden Endsinterung auftretenden Schrumpfung. Die genauen Sinterparameter werden für jede Produktionscharge der Zirkonoxidkeramik neu ermittelt. Vor dem Fräsvorgang werden diese Daten eingelesen und entsprechend vom CAD/CAM-System für den Vergrößerungsfaktor berücksichtigt.

Zirkonoxid besitzt eine weiße Grundfarbe, die Farbanpassung der endgültigen Restauration wird hauptsächlich über die Schichtung der Verblendkeramik erzielt. Nach dem Fräsen im Weißkörperzustand besteht allerdings die Möglichkeit, die Kronenkäppchen und Brückengerüste einzufärben. Einige Hersteller bieten hierfür innerhalb ihrer Systeme spezielle Färbelösungen an, mit denen sich in einem kontrollierten Prozess die weißen Oxidkeramikgerüste vor dem Sinterbrand entsprechend den Notwendigkeiten (Farbton der Nachbarzähne) in verschiedenen gängigen Schattierungen einfärben lassen. Bedingt durch Kapillarkräfte wird die Färbelösung in die vor dem endgültigen Sintern noch vorhandenen Porositäten des Materials aufgenommen. Diese Gerüsteinfärbung macht es für den Zahntechniker deutlich leichter, durch die Schichtung der Verblendkeramik eine naturgetreue Farbwirkung der Restauration zu erzielen.

Anschließend wird das gefräste Weißkörperobjekt in einem mehrstündigen Sinterprozess in einem speziellen Hochtemperaturofen in das Endprodukt übergeführt. Dabei kommt es durch die zuvor berücksichtigte Sinterschrumpfung des im vorgesinterten Zustand gefrästen Gerüsts zur dreidimensionalen Volumenreduktion und Einstellung der Passung. Durch die Sinterung können eventuell durch die vorhergehende Fräsbearbeitung eingebrachte Mikrorisse wieder verschlossen werden. Zur Fertigstellung werden die (eingefärbten) Zirkonoxidgerüste mit silikatkeramischen Massen verblendet. Hierdurch wird die dreidimensionale anatomische Gestaltung der Restaurationen vervollständigt und die exzellente Ästhetik etabliert.

Zirkonoxid ist sehr widerstandsfähig gegenüber Rissbildung und Rissausbreitung (martensitische Phasenumwandlungsverstärkung) [3]. Die hohe Festigkeit und ausgezeichnete Bruchzähigkeit der Zirkonoxidkeramik erlauben entsprechend geringere Gerüststärken im Vergleich zu anderen Keramikarten. Eine Wandstärke des Gerüsts von 0,5 bis 0,6 mm im Seitenzahnbereich ist ausreichend. Ermutigende Studienresultate liegen mittlerweile auch mit 0,3 mm dünnen Kronenkäppchen im Frontzahnbereich vor. Dies erlaubt eine Zahnhartsubstanz schonende Präparation der beteiligten Zähne und verringert das Risiko iatrogener Präparationsschäden.

Hochfeste Restaurationen aus Zirkonoxidkeramik können konventionell zementiert werden und sind somit auch für alle Situationen geeignet, in denen eine adhäsive Befestigung wegen Problemen bei der Isolation / Trockenlegung oder mangelnder Übersicht des Operationsgebietes nicht indiziert ist. Dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten metallfreier Restaurationen erheblich [4, 5]. Soll die Restauration adhäsiv befestigt werden, um die Retention z. B. bei kurzen Kronenstümpfen zu erhöhen, so muss die Gerüstinnenseite zuvor speziell vorbehandelt werden (z. B. Silikatisierung, Rocatec).

Der Indikationsbereich von Zirkonoxidkeramik umfasst Einzelkronen, verblockte Kronen, alle Arten von drei- bis sechsgliedrigen Brücken mit maximal zwei aufeinanderfolgenden Brückengliedern, Freiendbrücken, Inlay-/Onlaybrücken, Marylandbrücken und Implantat-Abutments [6]. Auch in der Doppelkronenversorgungstechnik werden mittlerweile in vielen Fällen Primärteleskope aus Zirkonoxid angefertigt [7]. Die obenstehende Tabelle gibt einen Überblick über einige prominente Vertreter der derzeit auf dem Markt erhältlichen Zirkonoxidkeramiken.

Der folgende klinische Fall stellt den Austausch einer viergliedrigen Metallkeramikbrücke durch eine vollkeramische Brücke aus hochfester Zirkonoxidkeramik mit dem Lava-System dar.

Eine 55-jährige Patientin stellte sich mit einer gelockerten viergliedrigen metallkeramischen Brücke im rechten Oberkiefer-Seitenzahnbereich (Zähne 14 bis 17) vor (Abbildung 1). Die klinische Inspektion ergab, dass der mesiale Pfeilerzahn 14 auf Gingivaniveau frakturiert war. Die Röntgenaufnahme zeigte, dass beide Pfeilerzähne bereits endodontisch behandelt waren. Nach vorsichtiger, zerstörungsfreier Abnahme der Brücke reagierten beide Ankerzähne unauffällig auf den Perkussionstest. Nach Aufklärung und Erläuterung der Therapiealternativen wurde beschlossen, Zahn 14 mithilfe der Adhäsivtechnik wieder aufzubauen und erneut als Ankerzahn in eine Brückenversorgung zu integrieren. Ein adhäsiv geklebter faserverstärkter Kompositstift wurde in den Zahn eingebracht, um der adhäsiven Aufbaufüllung aus Komposit zusätzliche Retention zu verleihen. Nachfolgend wurden beide Pfeilerzähne mit einer klar definierten Hohlkehle nachpräpariert. Es wurden ein zirkulärer Substanzabtrag von 1 mm und eine okklusale Reduktion von 1,5 bis 2 mm durchgeführt. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Retention bei konventioneller Zementierung wurde ein Präparationswinkel von 4 bis 6° Konvergenz angestrebt. Die durch die alte Versorgung bereits vorhandene Präparation im Bereich der Furkationseingänge am distalen Pfeilerzahn 17 führte zu einer relativ komplizierten Randkonfiguration.

Um eine genaue Darstellung der Präparationen und Ränder zu erhalten, wurde die Abformung auf einen neuen Termin verschoben. Für die Zwischenzeit wurde die alte metallkeramische Brücke mit Provisoriumsmaterial unterfüttert und temporär wieder befestigt. Nach einer Regenerationszeit für die marginale Gingiva von etwa zwei Wochen wurden die Präparationsgrenzen vorsichtig elektrochirurgisch mit einer feinen Drahtspitze freigelegt (Abbildung 2). Die Abformung erfolgte mithilfe eines individualisierten Metall-Löffels. Zur Erzeugung eines adäquaten Staudrucks vor allem am distalen Pfeiler wurde der Abformlöffel distal und im Bereich des Gaumens abgedämmt. Die Abformung erfolgte mit Polyethermaterial (Impregum Penta, 3M Espe, Seefeld) (Abbildung 3). Bevor das Provisorium wieder befestigt wurde, erfolgten eine Registrierung der Kieferrelation und die schädelbezügliche Registrierung.

Nach Herstellung des Sägemodells (Abbildung 4) wurde dieses mittels optischer Weißlichttriangulation mit Streifenlichtprojektion in der Scaneinheit des Lava-Systems digitalisiert. Die Gerüstgestaltung der Brücke erfolgte mittels CAD-Software im Computer. Es handelt sich bei diesem klinischen Beispiel um eine der ersten mit dem Lava-System hergestellten viergliedrigen Brücken. Zu diesem Zeitpunkt war in der Konstruktionssoftware die Funktion des digitalen Wachsmessers noch nicht integriert. Dies bedeutet, dass die relativ große Distanz zwischen dem Eckzahn und dem ersten Prämolaren nicht durch eine Verstärkung der Gerüstkeramik ausgeglichen werden konnte. Aus heutiger Sicht und mit den jetzt zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Konstruktionssoftware würde man abweichend zur damaligen Gestaltung generell eine höcker- beziehungsweise zahnformunterstützende Modellation des tragenden Gerüstes aus hochfester Strukturkeramik im Sinne einer „verkleinerten Krone“ generieren. Zu große Schichtstärken der signifikant weniger festen silikatkeramischen Verblendkeramik sind zu vermeiden. Anzustreben ist eine gleichmäßige und nicht zu dicke Schichtstärke (1,5 bis 2,0 mm) der Verblendkeramik, wodurch die Gefahr von Abplatzungen im Bereich der Verblendung (Kohäsionsfrakturen) minimiert wird.

Aus einem Zirkonoxidrohling im vorgesinterten Weißkörperzustand (Lava Frame) wurde nachfolgend das Brückengerüst in einer automatischen CNC-Fräseinheit (Lava Form) subtraktiv herausgearbeitet und anschließend individuell eingefärbt (Lava Frame-Shade-Färbelösung), bevor das Gerüst im Lava Therm Sinterofen in einem mehrstündigen Prozess dicht gesintert wurde. Die bukkale Ansicht des fertigen Brückengerüstes (Abbildung 5) und die basale Ansicht (Abbildung 6) zeigen deutlich die fein gefrästen Käppchen und Randanteile im Bereich der Ankerkronen und die Verbinder Querschnitte im Bereich der zu ersetzenden Zähne (9 mm² jeweils zwischen Ankerkrone und Pontic, 12 mm² zwischen den beiden zu ersetzenden Zähnen). Die Kontrolle auf dem Meistermodell zeigt einen völlig spannungsfreien Sitz des Gerüstes (Abbildung 7). Bei der detaillierten Überprüfung der Randgenauigkeiten ergibt sich am Prämolaren eine hervorragende Passung (Abbildung 8). Aber auch die komplexe Präparationsgeometrie des zweiten Molaren mit den Einbuchtungen im Furkationsbereich wurde vom CAD/CAM-System mit hervorragender Genauigkeit im Gerüst wiedergegeben (Abbildung 9).

Im nächsten Termin erfolgte nach der Gerüsteinprobe eine erneute Bestimmung der intermaxillären Relation. Dabei diente das definiert sitzende Brückengerüst als Trägerstruktur während die Relation mit einem spritzfähigen Provisoriumskunststoff (Protemp 3 Garant) aufgezeichnet wurde. Die Genauigkeit des zurückgeschliffenen Registrats wird im Mund nochmals kontrolliert. Man kann eine deutliche Kreuzbisstendenz erkennen (Abbildung 10). Nachfolgend wird im Dentallabor das Unterkiefermodell hiermit nochmals neu einartikuliert. Aus diesem Vorgehen resultiert eine sehr genaue Erfassung der intermaxillären Relation, welche sich, eine genaue Arbeitsweise des Zahntechnikers vorausgesetzt, durch das Vermeiden von umfangreichen intraoralen Einschleifmaßnahmen positiv bemerkbar macht.

Abbildung 11 zeigt die mit Lava Ceram-Verblendkeramik fertiggestellte viergliedrige vollkeramische Seitenzahnbrücke. Im Artikulator kann man die Kreuzbiss-Situation gut erkennen (Abbildung 12). Die Nahansicht der fertigen Brücke auf dem Modell von bukkal (Abbildung 13) zeigt, dass auf eine tiefe Separation in den approximalen Bereichen verzichtet werden sollte, zugunsten einer adäquaten Dimensionierung von Konnektoren und Verblendkeramik. Es muss allerdings erwähnt werden, dass die empfohlenen Konnektormaße für viergliedrige Lava-Brücken im Seitenzahnbereich mit 9 / 12 / 9 mm² wesentlich geringer sind im Vergleich zur Glaskeramik. Diese erfordert einen Konnektor-Querschnitt von 16 mm² und ist auch nur für dreigliedrige Brücken bis maximal zum zweiten Prämolaren als distalem Pfeiler freigegeben.

Im abschließenden Behandlungstermin wurde die vollkeramische Zirkonoxidbrücke konventionell mit Glasionomerzement befestigt. Das Abschlussbild zeigt die eingegliederte Restauration, die sich harmonisch in die umgebenden natürlichen Zahnhartsubstanzen integriert (Abbildung 14). Es konnte ein funktionell hervorragender und trotz leichter Farbabweichung ästhetisch ansprechender festsitzender Zahnersatz erzielt werden. Die Kontrolle der statischen und dynamischen Okklusionskontakte mit schwarzer und roter Farbfolie ergab ohne Einschleifmaßnahmen eine gleichmäßige Verteilung ohne störende Balancekontakte (Abbildung 15).

Vollkeramische Restaurationen haben mittlerweile einen sehr hohen Qualitätsstandard erreicht und sind für die moderne Zahnheilkunde zu einem unverzichtbaren therapeutischen Instrument geworden. Eine ausgezeichnete Ästhetik und eine hohe Gewebeverträglichkeit zeichnen diese Werkstoffgruppe aus. Daten aus klinischen Studien zeigen gute klinische Überlebensdaten, wenn zu Beginn der Behandlung eine korrekte Indikation gestellt und aus den verschiedenen Keramikarten die fallbezogen richtige Auswahl getroffen wird [6]. Neben der korrekten zahntechnischen Herstellung sollten eine präzise Präparations- und eine geeignete Befestigungstechnik zum Einsatz kommen.

Priv.-Doz. Dr. Jürgen ManhartOberarztPoliklinik für ZahnerhaltungGoethestraße 7080336 Münchene-mail:manhart@manhart.com

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Zirkonoxid

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Verarbeitung

Systeme/Markennamen (Hersteller)

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(Beispiele, Liste unvollständig)

Biegefestigkeit (MPa)

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Verarbeitung im vorgesinterten Zustand

(Weißkörper; nachträgliche Dichtsinterung notwendig)

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CAD / CAM

In-Ceram YZ für inLab (Vita Zahnfabrik)

>900

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CAD / CAM

Lava (3M Espe)

> 1100

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CAD / CAM

Cercon (Degudent)

900–1200

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CAD / CAM

Zerion (etkon)

max. 1300

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CAD / CAM

e.max ZirCAD (Ivoclar Vivadent)

900

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CAD / CAM

Digizon W (digident)

> 1000

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CAD / CAM

ZENO Zr Disc (Wieland Dental)

max. 1300

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CAD / CAM

Everest ZS-Blank (Kavo)

1155

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Kopierschleifverfahren

ICE-Zirconium (Zirkonzahn)

1200

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Kopierschleifverfahren

Ceramill ZI-Blank (Amann Girrbach)

> 1000

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Verarbeitung im porenfrei durchgesintertem, „gehipten“ Zustand

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CAD / CAM

DC-Zirkon (Bien Air, DCS Precident)

1200

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CAD / CAM

Denzir HIP-Zirconia (etkon)

1000–1300

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CAD / CAM

Digizon HIP (digident)

1300

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CAD / CAM

Hint-Els ZrO2 TZP HIP (Hint-Els)

1400

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CAD / CAM

Everest ZH-Blank (Kavo)

> 1200

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Indikation

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Inlay / Onlay

—

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Teilkrone

—

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Veneer

—

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Krone FZ

✔

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Krone SZ

✔

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Krone auf Implantat

✔

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Brücke FZ

✔

\n

Brücke Prämolarenbereich

✔

\n

Brücke Molarenbereich

✔

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Inlay-Brücke *

✔

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Klebebrücke FZ *

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✔

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Anhängerbrücke

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Abutment auf Implantat

✔

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Primärkrone bei  Doppelkronentechnik

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Befestigungsart

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Adhäsiv und dual- /

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 selbsthärtendes Komposit

✔

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Selbstadhäsives Komposit

✔

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Konventionelle Zementierung

✔

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* adhäsive Befestigung notwendig

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