Aus der Abteilung für Zahnerhaltung und Präventivmedizin
(Leiter: Prof. Dr. J.-F. Roulet)
des Zentrums für Zahnmedizin (Campus Virchow-Klinikum)
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

Dissertation

Der Einfluß der Ausarbeitung
mit verschiedenen rotierenden Instrumenten
auf die Randqualität und Oberflächenmorphologie
von zahnfarbigen lichthärtenden Restaurationen

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae dentariae
(Dr. med. dent.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Henning Bunte
aus Halle in Westfalen

Dekan:
Prof. Dr. med. Dr. h. c. R. Felix

Gutachter:
1. M. J. Noack
2. R. J. Radlanski
3. J.-F. Roulet

Datum der Promotion:28. September 2001

Eigene Schlagworte: Quantitative Randanalyse, Oberflächenrauhigkeit, lichthärtende Füllungsmaterialien, Diamantfinierer, Hartmetallfinierer

Zusammenfassung

In dieser Studie wurde das Verhalten eines neuentwickelten Hartmetallfinierers der Firma Brasseler und herkömmlicher grober und feiner Diamantfinierer der Firmen Intensiv und Brasseler an vier verschiedenen Füllungsmaterialien untersucht. Bei dem Hartmetallfinierer handelt es sich um ein Kombinationsinstrument, das sich im Rechtslauf durch eine hohe Arbeitsleistung auszeichnet und zum Konturieren von Füllungen gedacht ist. Im Linkslauf soll das Instrument zur Feinausarbeitung eingesetzt werden, die Arbeitsleistung ist geringer.

In 120 extrahierte menschliche Zähne wurden ovale Klasse-V-Kavitäten (Länge: 4 mm, Breite: 3 mm, Tiefe: 2 mm) präpariert, die jeweils zur Hälfte im Schmelz und Dentin lagen. Jeweils 30 Zähne wurden nach Herstellerangaben mit demselben Füllungsmaterial gefüllt (Prodigy, Silux Plus, Dyract AP, Fuji LC). Anschließend wurden die Restaurationen zunächst mit den gröberen Finierdiamanten und dem Kombifinierer im Rechtslauf konturiert. Jeweils 10 Proben eines jeden Füllungsmaterials wurden mit einem der Instrumente bearbeitet. Auf diese Weise ergaben sich 12 Material-Instrumenten-Kombinationen. Nach dreiwöchiger Wasserlagerung wurde die Rauhigkeit der Füllungsoberflächen mit einem Profilometer gemessen. Außerdem erfolgte eine Auswertung der Randqualität mittels quantitativer Randanalyse.

Im Anschluß hieran wurden die Füllungen mit den feineren Diamantinstrumenten bzw. dem Kombifinierer im Linkslauf finiert. Die Füllungen wurden anschließend einer Temperaturwechselbelastung unterzogen (2000 Zyklen zwischen 5°C und 55°C). Erneut erfolgte eine quantitative Randanalyse und eine Oberflächenrauhigkeitsmessung.

Die statistische Auswertung der Daten ergab, daß der Kombifinierer im Linkslauf im Gegensatz zu den feinen Diamantfinierern keine Verbesserung der Oberflächenqualität bewirkt. Die Auswirkungen der Instrumente auf die Randqualität ist gleich.

Fuji LC weist die höchste Oberflächenrauhigkeit auf. Die übrigen Füllungsmaterialien unterscheiden sich diesbezüglich nicht statistisch signifikant voneinander.

Die Silux Plus Restaurationen zeichnen sich durch einen im Vergleich zu den übrigen Materialien hohen Anteil an Randspalten sowohl im Dentin- als auch im Schmelzbereich aus. Die Prodigy Füllungen haben signifikant mehr Randspalten im Dentin als Fuji LC und Dyract AP Füllungen, jedoch auch signifikant weniger als Silux Plus im gleichen Bereich.

Keywords: margin analysis, surface roughness, lightcuring filling materials, finishing diamonds, tungsten carbide burs

Abstract

In this study a newly developed tungsten carbide finishing bur (Brasseler) and conventional coarse and fine grit finishing diamonds of the companies Intensiv and Brasseler were studied with four different filling-materials. The carbide bur is a combination-instrument, that distinguishes itself in the right-hand rotation by a high performance and is intended for the contouring of fillings. When used in a left-hand rotation the instrument should be applied for polishing. In this case the cutting performance is inferior.

Oval class-V-cavities (length: 4 mm, width: 3 mm, depth: 2 mm) were prepared into 120 extracted human teeth with one half of the margin length in dentin and one half in enamel. In each case, 30 teeth were filled according to manufacturer-recommendation with the same filling-material (Prodigy, Silux Plus, Dyract AP, Fuji LC). Subsequently the restorations were trimmed with the coarser finishing diamonds and the combination bur with a right-hand rotation. Ten samples of each filling-material were ground with one of the instruments. Thus 12 material-instrument-combinations were established. After three weeks of water-storage, the surface roughness of the fillings was measured with a profilometer. Furthermore, an evaluation of the margin-quality was carried out by means of quantitative margin analysis.

After this, the fillings were either polished with the finer diamond-instruments or with the combination-instrument in a left-hand rotation. Afterwards the samples were subjected to a thermocycling procedure (2000 cycles between 5°C and 55°C). Again a quantitative margin analysis and a surface-roughness-measurement were performed.

In contrast to the fine diamond instruments, the statistical evaluation of the data revealed that the combination finishing bur does not improve the surface quality in a left-hand rotation. The effect of the instruments on the margin quality is the same.

Fuji LC shows the highest surface-roughness, the other filling-materials do not differ statistically significantly from one another.

The Silux Plus restorations are characterized by a high percentage of marginal openings in both enamel and dentin. The Prodigy fillings show significantly more marginal gaps in dentin than Fuji LC and Dyract AP fillings, but significantly less than Silux Plus in the same area.

Inhaltsverzeichnis

• 1  EINLEITUNG
• 2  LITERATURÜBERSICHT
  • 2.1 Zahnfarbige plastische Füllungsmaterialien
    • 2.1.1  Kompositmaterialien
      • 2.1.1.1 Matrix (Monomere und Additive)
      • 2.1.1.2 Füllpartikel, Klassifikation und Materialeigenschaften
      • 2.1.1.3 Verbindungsagens (Coupling Agent, Silane)
    • 2.1.2 Glasionomerzemente
      • 2.1.2.1 Abbindemechanismus
      • 2.1.2.2  Materialeigenschaften
    • 2.1.3  Hybridionomere (lichthärtende GIZ)
      • 2.1.3.1 Materialeigenschaften
    • 2.1.4 Kompomere
      • 2.1.4.1 Materialeigenschaften
    • 2.1.5  Haftmechanismen (allgemein)
      • 2.1.5.1  Schmelzhaftung der Komposits
      • 2.1.5.2  Dentinhaftung der Komposits
      • 2.1.5.3  Haftmechanismen der Glasionomerzemente
      • 2.1.5.4  Haftmechanismen der Kompomere
    • 2.1.6 Marginale Adaptation
      • 2.1.6.1 Flow
      • 2.1.6.2  Konfiguration der Kavität
      • 2.1.6.3  Elastizitätsmodul (E-Modul)
      • 2.1.6.4 Hygroskopische Expansion
      • 2.1.6.5 Thermisches Volumenverhalten
    • 2.1.7 Polierbarkeit zahnfarbiger Füllungsmaterialien
      • 2.1.7.1  Negative Folgen der Ausarbeitung
  • 2.2 Rotierende Instrumente
    • 2.2.1  Klassifikation
    • 2.2.2  Begriffsdefinition
    • 2.2.3 Theoretische Grundlagen
      • 2.2.3.1 Drehmoment
      • 2.2.3.2 Wärmeentwicklung
      • 2.2.3.3 Vibrationseffekte
    • 2.2.4  Diamantschleifer
      • 2.2.4.1 Aufbau eines Diamantschleifers
    • 2.2.5  Hartmetallfinierer
      • 2.2.5.1  Schneidengeometrie
• 3  FRAGESTELLUNG
• 4  MATERIAL UND METHODE
  • 4.1  Schematische Übersicht zum Versuchsablauf
  • 4.2 Auswahl und Vorbereitung der Zähne
  • 4.3 Kavitätenpräparation
  • 4.4 Verteilung der Zähne in 12 Gruppen
  • 4.5 Füllung der Kavitäten
  • 4.6 Konturieren der Füllungen
  • 4.7 Wasserlagerung
  • 4.8 Replikaherstellung
  • 4.9 Profilometrie (Oberflächenmessung)
  • 4.10 Finieren der Füllungen
  • 4.11 Temperaturwechselbelastung
  • 4.12  Quantitative Randanalyse
  • 4.13 Bewertung der Oberfläche mit dem REM
  • 4.14 Statistische Auswertung
• 5  ERGEBNISSE
  • 5.1  Ergebnisse der Profilometrie
    • 5.1.1 Überprüfung der Ra1- und Ra2-Werte auf signifikante Unterschiede
    • 5.1.2 Vergleich der Instrumente
    • 5.1.3 Vergleich der Füllungsmaterialien
    • 5.1.4 Vergleich der Gruppen
  • 5.2 Oberflächenbeschaffenheit
  • 5.3  Ergebnisse der quantitativen Randanalyse
    • 5.3.1 Einfluß der Temperaturwechselbelastung
    • 5.3.2  Einfluß der Instrumente
    • 5.3.3 Einfluß der Füllungsmaterialien
  • 5.4  Zusammenfassung der Ergebnisse
• 6  DISKUSSION
  • 6.1 Material und Methode
    • 6.1.1 Übertragbarkeit der in vitro Versuche auf in vivo Bedingungen
    • 6.1.2 Auswahl und Verarbeitung der Füllungsmaterialien
    • 6.1.3  Auswahl und Anwendung der rotierenden Instrumente
    • 6.1.4 Auswahl und Lagerung der Zähne
    • 6.1.5 Kavitätenpräparation
    • 6.1.6 Ausarbeitung
    • 6.1.7 Wasserlagerung
    • 6.1.8 Temperaturwechselbelastung
    • 6.1.9 Quantitative Randanalyse
    • 6.1.10 Profilometrie
  • 6.2 Ergebnisse
    • 6.2.1 Ergebnisse der Profilometrie
      • 6.2.1.1 Vergleich der Instrumente / Vergleich Grob- und Feinbearbeitung
      • 6.2.1.2 Vergleich der Füllungsmaterialien
      • 6.2.1.3 Vergleich mit anderen Studien
    • 6.2.2  Ergebnisse der quantitativen Randanalyse
      • 6.2.2.1 Einfluß der Instrumente
      • 6.2.2.2 Einfluß der Füllungsmaterialien
• 7  SCHLUSSFOLGERUNG
• 8 LITERATURVERZEICHNIS
• 9 ANHANG
  • 9.1 Meßergebnisse der Profilometrie
  • 9.2 Ergebnisse der quantitativen Randanalyse
  • 9.3 Danksagung
  • 9.5 Erklärung

Tabellen

• Tab. 2.1: Einteilung zahnfarbige plastische Füllungsmaterialien nach Hickel (1997)
• Tab. 2.2: Physikalisch-chemische Eigenschaften verschiedener zahnfarbiger Füllungs­materialien (Hickel & Kunzelmann)
• Tab. 2.3: Eigenschaftsveränderungen der Komposits bei Zugabe von TEGDMA
• Tab. 2.4: Vergleich Hybridkomposits - mikrogefüllte Komposits
• Tab. 4.1: Verarbeitung der Kompositmaterialien
• Tab. 4.2: Verarbeitung des Kompomers und Glasionomerzements
• Tab. 4.3: Bewertungskriterien der quantitativen Randanalyse
• Tab. 5.1: Zusammenstellung der Versuchsgruppen
• Tab. 5.2: Mittenrauhwerte in µm (Mittelwert, Standardabweichung, Median) nach Grobbearbeitung (Ra1) und Feinbearbeitung (Ra2) sowie statistisch signifikante Unterschiede zwischen Ra1 undRa2 (p≤0,05).
• Tab. 5.3: Signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen bezüglich Ra1- (*) und Ra2-Werte (x), (p≤0,05)
• Tab. 5.4: Mittelwerte der Randqualitäten in Prozent. Die erste Zahl indiziert den Meßwert vor Temperaturwechselbelastung (T1), die zweite Zahl nach Temperaturwechselbelastung (T2). Die Kreuze markieren signifikante Unterschiede zwischen T1 und T2, (p≤0,05).
• Tab. 5.5: Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Füllungsmaterialien, ermittelt mit dem Bonferroni Test, (p≤0,05)
• Tab. 6.1: Vergleich der Ra-Werte (in µm) mehrerer Studien

Bilder

• Abb. 2.1: ISO-Nummernsystem
• Abb. 2.2: Schwingwege rotierender Instrumente in Abhängigkeit der Drehzahl [89]
• Abb. 2.3: Verbundschichten Rohling - Diamant
• Abb. 2.4: Wirkwinkel eines Hartmetallfräsers
• Abb. 2.5 Drallwinkel
• Abb. 4.1 Übersicht zum Versuchsablauf
• Abb. 4.2 REM – Aufnahme (2OOX), Note A, Perfekter Rand, Füllung rechts, Zahn links
• Abb. 4.3 REM - Aufnahme (2OOX), Note C, Randunregelmäßigkeiten, Zahn oben, Füllung unten
• Abb. 4.4 REM – Aufnahme, (200X), Note B, Randspalt, Zahn oben, Füllung unten
• Abb. 4.5 REM – Aufnahme, (200X), Note D, Füllungsrandfraktur, Zahn oben, Füllung unten
• Abb. 4.6 REM – Aufnahme, (200X), Note E, Schmelzrandfraktur, Zahn links, Füllung rechts
• Abb. 5.1 Mittenrauhwerte nach Grobbearbeitung (Ra1) und Feinbearbeitung (Ra2). Die mit einem Sternchen (_*) gekennzeichneten Gruppen weisen einen statistisch signifikanten Unterschied auf (p≤0,05).
• Abb. 5.2 Mittenrauhwerte Ra1 und Ra2 nach Instrument. Die mit einem Sternchen (_*) gekennzeichneten Gruppen Kombi/Ra2 und Intensiv/Ra2 unterscheiden sich statistisch signifikant voneinander (p≤0,05).
• Abb. 5.3 Mittenrauhwerte Ra1 und Ra2 nach Füllungsmaterial. Es besteht ein signifikanter Unterschied zwischen Fuji LC und allen anderen Füllungsmaterialien bezüglich des Ra1- und Ra2-Wertes. (Balken: statistisch nicht signifikant, p>0,05).
• Abb. 5.4 Fuji LC (links) und Zahnhartsubstanz (rechts) abgegrenzt durch einen Randspalt nach Bearbeitung mit einem Kombifinierer im Rechtslauf. Typisch ist die schwammartige Oberflächenstruktur der Fuji LC Restauration sowie das Wellenprofil, erzeugt durch den Hartmetallfinierer. Die Profilkurve zeigt das Oberflächenrelief des Füllungsmaterials.
• Abb. 5.5 Grobausarbeitung mit einem Kombifinierer (Prodigy links, Zahnhartsubstanz rechts, 250-fache Vergrößerung). In der Profilkurve spiegelt sich ein Ausschnitt der Füllungsoberfläche als Welle wider. Kleinere Oberflächenkratzer werden als minimale Ausschläge dargestellt.
• Abb. 5.6 Grobausarbeitung mit einem Komet-Diamanten (Dyract AP, 250-fache Vergrößerung). Die diagonal verlaufenden Schliffspuren des Finierdiamanten sind deutlich erkennbar. Sie manifestieren sich als merkliche Ausschläge in der Profilkurve.
• Abb. 5.7 Grobausarbeitung mit einem Intensiv-Diamanten (Dyract AP rechts, Zahnhartsubstanz links, 250-fache Vergrößerung). Annähernd senkrecht verlaufende Schliffspuren.
• Abb. 5.8 Feinausarbeitung mit einem Kombifinierer (Prodigy, 250-fache Vergrößerung) Wellenprofil oben links erkennbar, nur geringe Schliffspuren.
• Abb. 5.9 Feinausarbeitung mit einem Komet-Diamanten (Dyract AP, 250-fache Vergrößerung). Die senkrecht verlaufenden Schliffspuren sind deutlich geringer als nach der Grobausarbeitung in Abbildung 5.6.
• Abb. 5.10 Feinausarbeitung mit einem Intensiv-Diamanten (Silux Plus, 250-fache Vergrößerung). Leichte Schliffspuren horizontal verlaufend.
• Abb. 5.11 Randqualitäten im Schmelz getrennt nach Instrumenten. Keine signifikanten Unterschiede
• Abb. 5.12 Randqualitäten im Dentin getrennt nach Instrumenten. Keine signifikanten Unterschiede
• Abb. 5.13 Randqualitäten im Schmelz getrennt nach Füllungsmaterial. Signifikante Unterschiede nicht dargestellt
• Abb. 5.14 Randqualitäten im Dentin getrennt nach Füllungsmaterial. Signifikante Unterschiede nicht dargestellt.