Einfluss unterschiedlicher Modellmaterialien auf die Dimensionsstabilität, Scan-Eignung und Abriebfestigkeit im CAD/CAM-Herstellungsprozess mehrgliedriger Brücken

Abstract

Ziel: Seit Einführung der digitalen Abformungen in den computer-aided design (CAD)/ computer-aided manufacturing (CAM)-Workflow besteht großes Interesse an Untersuchungen zur Passgenauigkeit der damit gefertigten Restaurationen sowie der Genauigkeit von Intraoralscannern. Modelle für derartige In-vitro-Studien, die Zähne und Gingiva simulieren, wurden aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der für Studien häufig verwendeten Modellmaterialien hinsichtlich Dimensionsstabilität, Scan-Eignung und Abriebfestigkeit. Methodik: Es wurden folgende Kriterien definiert: 1) Dimensionsstabilität und Abriebfestigkeit: mindestens 90% der Abweichungen zwischen Referenz und Modell liegen innerhalb der Messungenauigkeit von ±15μm; 2) Richtigkeit des Intraoralscans: die Mittelwerte einschließlich Standardabweichungen zwischen Referenz und Intraoralscan liegen innerhalb des geschätzten Messfehlers von ±35μm; 3) Präzision des Intraoralscans: die Schnittmenge der Histogramme der Intraoralscans eines Modells liegt bei ≥90%. Nach Vorlage eines für eine zehngliedrige Brücke präparierten Typodont-Modells wurden je ein Modell aus Superhartgips Typ IV, Titan, Zirkonoxid, Epoxidharz, Polyurethan und Kobalt-Chrom-Molybdän hergestellt. Es wurden über einen Zeitraum von sechs Wochen an unterschiedlichen Tagen mit Mikro- Computertomographie (Mikro-CT) dreidimensionale Datensätze des Epoxidharz-, Gips-, Polyurethan- und Typodont-Modells generiert und diese hinsichtlich Dimensions- veränderungen untereinander verglichen. Mit dem Intraoralscanner Trios3 Pod (3Shape, Kopenhagen, Dänemark) wurden drei Intraoralscans je Modell erstellt. Der erste Scan wurde mit dem entsprechenden Referenz-Mikro-CT-Datensatz verglichen, um die Richtigkeit des Scans zu bestimmen. Die Präzision wurde eruiert, indem alle Scans eines Modells untereinander verglichen wurden. Die Daten der Intraoralscans wurden verwendet, um für jedes Modell ein zehngliedriges Gerüst aus Zirkonoxid herzustellen. Jedes Gerüst wurde 288x auf das jeweilige Modell aufgesetzt und abgenommen. Zu Beginn und am Ende wurde ein Mikro-CT-Datensatz erstellt. Alle Datensätze wurden in Volume Graphics (VG Studio Max 3.0, Heidelberg, Deutschland) importiert und unter Verwendung eines Best-Fit-Algorithmus ausgewertet. Ergebnisse: Dimensionsstabilität: ausschließlich bei Epoxidharz und Gips liegen bis Tag zehn über 90% der Werte innerhalb von ±15μm. Scan-Eignung Richtigkeit: Kobalt- Chrom-Molybdän, Epoxidharz, Polyurethan und das Typodont-Modell liegen innerhalb von ±35μm; Scan-Eignung Präzision: die Schnittmenge der Intraoralscans von Kobalt- Chrom-Molybdän und Zirkonoxid liegt über 90%. Abrieb: das Typodont-Modell zeigt 94% der Werte innerhalb von ±15μm. Alle anderen Modelle konnten nicht als abriebfest klassifiziert werden. Schlussfolgerung: Das Kriterium der Dimensionsstabilität wird von Titan, Zirkonoxid, und Kobalt-Chrom-Molybdän erfüllt. Epoxidharz und Gips können für 10 Tage als dimensionsstabil erachtet werden. Epoxidharz, Polyurethan, Kobalt-Chrom-Molybdän und das Typodont-Modell erfüllen das Kriterium der Richtigkeit der Intraoralscans. Ausschließlich Zirkonoxid und Kobalt-Chrom-Molybdän erfüllen das Kriterium der Präzision der Intraoralscans. Das Kriterium der Abriebfestigkeit wird nur von dem Typodont-Modell erfüllt.

Aim: Since the introduction of digital impressions to the CAD/CAM-workflow, there is a strong interest in evaluating the fit of the fabricated restorations and the accuracy of intraoral scanners. Models made of different materials simulate teeth and gingiva in these in-vitro studies. The aim of this study is to investigate commonly used model materials for in-vitro-studies regarding their dimensional stability, suitability for intraoral scanners, and wear resistance. Methods: Each requirement was tested using criteria defined as follows: 1) Dimensional stability and wear resistance: More than 90% of the deviations between reference and model are within ±15μm; 2) trueness of intraoral scans: mean and standard deviations between intraoral scan and reference micro-CT-dataset are within ±35μm; 3) precision of intraoral scans: the intersections of the histograms of the intraoral scans are 90% or more. A typodont-model was prepared to accommodate a 10-unit fixed dental prosthesis. The model was duplicated using six different materials: class IV die stone, titanium, zirconia, epoxy resin, polyurethane and cobalt-chrome-molybdenum. For the evaluation of dimensional stability, micro-computed tomography (micro-CT) was used to generate three-dimensional datasets of the models at different times over a period of six weeks. The intraoral scanner Trios3 Pod (3Shape, Copenhagen, Denmark) was used to generate three scans of each model. The first scan was compared with the corresponding reference micro-CT-dataset in order to assess the trueness of the scan. The precision was measured by comparing all scans within one test group. In order to assess wear resistance, one zirconia-retainer was milled for each model and placed and removed 288 times on the corresponding model. Micro-CT-scans before and after this process were compared. All datasets were imported into a software (Volume Graphics, VG Studio Max 3.0, Heidelberg, Germany) that determines the deviation of two datasets by alignment using a best-fit-algorithm. Results: Dimensional stability: Over 90% of the deviations of epoxin resin and gypsum are within ±15μm until day ten. Trueness: Cobalt-chrome-molybdenum, epoxy resin, polyurethane, and the typodont-model are within ±35μm. Precision: The intersection of the intraoral scans of cobalt-chrome-molybdenum and zirconia are over 90%. Abrasion: the typodont-model shows 94% of deviations within ±15μm. Conclusion: Titanium, zirconia, and cobalt-chrome-molybdenum fulfil the criterion of dimensional stability. Epoxy resin and gypsum can be regarded as dimensionally stable until day ten. Epoxy resin, polyurethane, cobalt-chrome-molybdenum and the typodont- model fulfil the criterion of trueness. Zirconia and cobalt-chrome-molybdenum fulfil the criterion of precision. The typodont-model fulfils the criterion of wear resistance.