Digitaaliset tekniikat purennan kuntoutuksen työkaluna

Valaminen vahavalutekniikalla

CAD/CAM-tekniikoita yhdistetään valamiseen esimerkiksi niin, että proteettinen rakenne muotoillaan CAD-ohjelmiston avulla, minkä jälkeen jyrsitään siltamalli poltettavasta materiaalista subtraktiivisella tekniikalla. Mallin valukanavat vahataan ja pinta peitetään tulenkestävällä muottimassalla. Jyrsitty siltamalli poltetaan pois ja näin saadaan valumuotti, johon voidaan valaa haluttu valuseos perinteiseen tapaan. Tekniikka on periaatteessa samanlainen kuin perinteisen valamisen, ainoa ero on se, että vahamalli korvataan CAD/CAM-valmisteisella mallilla, joka on valmistettu esimerkiksi poispoltettavasta akryylistä (4). Menetelmää käytetään yleisesti esimerkiksi kiinteän protetiikan ja rankaproteesien rungoissa (kuva «»1). Se soveltuu esimerkiksi metallokeramian jalometallilejeerinkien valamiseen, kun metallia ei voida jyrsiä materiaalihukan aiheuttaman kustannuksen takia.

Metallokeramian jalometallilejeeringin on sisällettävä yli 60 prosenttia jalometallia, josta vähintään 40 prosentin on oltava kultaa American Dental Associationin (ADA) kiinteän protetiikan luokittelun mukaan, johon viitataan usein hammashoidon metalliseosten standardina (5). On muistettava, että usein viitatut metallokeramian metalliseosten erinomaiset kliiniset pitkäaikaistulokset koskevat nimenomaan jalometallilejeerinkejä. Metallokeramiaa ei siksi voida arvioida kokonaisuutena, vaan jokainen metallokeramian metalliseos, kuten esimerkiksi titaaniseokset, koboltti-kromipohjaiset seokset tai vähemmän jalot seokset on arvioitava erikseen. Jalometallilejeerinkien kliiniset pitkäaikaistulokset ovat kuitenkin erinomaisia (6), ja siksi niitä pidetään usein purennan kuntoutuksen ns. kultaisena standardina.

Lasersintraus ja lasersulatus; additiivinen tekniikka

Selektiivistä lasersulatusta (selective laser melting, SLM) ja selektiivistä lasersintrausta (selective laser sintering, SLS) käytetään metalliseosten materiaalia lisäävässä valmistuksessa ja ne ovat yleistyneet hammastekniikassa viime vuosina. Menetelmä perustuu siihen, että lasersäde osoitetaan valikoivasti jauhepedille niin, että laseriin osuvat jauhehiukkaset sulautuvat yhteen tai sintrautuvat. Kun yksi kerros on valmis, lisätään uusi kerros jauhetta ja menettely toistetaan. Lisätyt jauhehiukkaset sulautuvat sekä uudeksi kerrokseksi sekä myös alemman kerroksen kanssa, minkä seurauksena eri kerrokset rakentuvat ikään kuin rakennuskivi kerrallaan esimerkiksi metallijauheesta (7) (kuva «»2). Kun koko työvaihe on valmis, voidaan käyttämätön jauhe kerätä talteen myöhemmin uudelleen käytettäväksi. Näin materiaalihukka on huomattavasti vähäisempää kuin sub-traktiivisissa tekniikoissa. Koneellisesti työstämällä taas jyrsitään usein pois yli 90 prosenttia materiaalista (2, 3).

Kuva 2. Kuvat 2 A–C. Lasersintraus: A. Laser sulattaa jauhepartikkeleita jauhepedillä. B. Valmiita kruunu- ja siltarunkoja sulamattoman metallijauheen poistamisen jälkeen. C. Valmis siltarunko.

Lasersäde suunnataan peilillä, jota ohjataan CAM-tietokoneen kolmiulotteisten mallitietojen avulla. Koska eri kerrokset rakennetaan niin, ettei mikään materiaali työnny esiin jauhepediltä ja peitä lasersädettä, valmistettavien muotojen kompleksisuudelle ei periaatteessa ole rajoitteita. Hammastekniikan ulkopuolelta löytyy esimerkkejä menetelmän käyttämisestä kombinaatiorakenteiden valmistamisessa. Tällöin eri osat valmistetaan samanaikaisesti samalla jauhepedillä valmiiksi asti, osat paikalleen asennettuina.

Lasersintrausta/-sulatusta käytetään tällä hetkellä hammastekniikassa lähes yksinomaan koboltti-kromirakenteiden valmistuksessa. Koboltti-kromi on epäjalo ja edullinen metalliseos, jota käytetään yleisesti vaihtoehtona kalliimmille seoksille kruunujen ja siltarakenteiden valmistuksessa. Korkean elastisuusmoduulinsa ansiosta seosta voidaan käyttää esimerkiksi pidempiin jänneväleihin, tai kun tilaa on vähän ja sitä on vaikea arvioida. Seos on kuitenkin kyseenalaistettu sen bioyhteensopivuuden osalta. Koboltti-kromiseoksen ei siitä huolimatta ole todettu aiheuttavan mutageenisiä tai karsinogeenisiä muutoksia. Sen sijaan metalli-ionit voivat sitoutua biomolekyyleihin, mikä aiheuttaa vaaran allergisen reaktion syntymiseen. Tilastojen mukaan noin 5–10 prosenttia väestöstä on yliherkkiä koboltille ja yhtä iso osa kromille (8, 9). Näille metalleille yliherkillä potilailla metalliseoksia on pidettävä potentiaalisena allergiariskinä ja niiden käyttöä on vältettävä.

Yksi lasersintraus-/lasersulatusmenetelmien mahdollinen haitta on jännitteiden syntyminen materiaaliin lämmön epätasaisen jakautumisen vuoksi valmistusprosessin aikana. Jännitteet saattavat laueta posliinin päällepolton yhteydessä, mistä seuraa rakenteen deformoituminen ja istuvuuden huononeminen. Sintrauksen jälkeen konstruktio on lämpökäsiteltävä materiaalin homogenisoimiseksi. Materiaalin defektit ja huokoisuudet voivat myös heikentää materiaalin ominaisuuksia (10).

Kun implanttirakenteita valmistetaan additiivisilla tekniikoilla, pinnat konetyöstetään subtraktiivisella tekniikalla (jyrsimällä) sintrauksen jälkeen. Näin saadaan sileät, hyvin istuvat asennuspinnat, koska lasersulatus/-sintraus jättää suhteellisen karkean pinnan.

Tutkimuksia lasersintrauksen käytöstä kiinteässä protetiikassa on vähän. Eräässä kliinisessä tutkimuksessa tarkasteltiin koboltti-kromiseoksesta lasersintraamalla valmistettujen metallokeraamisten kruunujen istuvuutta. Kruunujen marginaalinen saumapaksuus oli 67–99 µm ja sisäinen saumapaksuus 252–392 µm, jotka asettuvat kliinisesti hyväksyttävänä pidettyihin rajoihin (11). Lyhyempiä lasersintrattuja siltoja on verrattu tutkimuksissa jyrsittyihin ja valettuihin siltoihin. Lasersintratut sillat istuivat laboratoriotutkimuksessa merkittävästi paremmin kuin esimerkiksi konetyöstetyt sillat (4).

Elektronisuihkusulatus (electron beam melting, EBM); additiivinen tekniikka

Tekniikka muistuttaa lasersulatusta, mutta materiaalit yhdistetään sulattamalla selektiivisesti materiaalia elektronisuihkulla laserin sijaan. Kehitystyö jatkuu, jotta tällä materiaalia lisäävällä tekniikalla voitaisiin valmistaa titaanikomponentteja rationaalisesti ja kustannustehokkaasti. Menetelmää käytetään ortopediassa (2), mutta on epäselvää, missä määrin sitä käytetään kaupallisesti hammaslääketieteessä.

Koneellinen työstö (jyrsintä/hionta); subtraktiivinen tekniikka

Rakenteiden hionta tai jyrsintä massiivisesta aihiosta on tekniikka, jonka useimmat hammaslääkärit yhdistävät CAD/CAM:iin. Sitä on käytetty jo useita vuosia ja se on hyvin vakiintunut. Näin voidaan valmistaa useantyyppisiä proteettisia rakenteita, muun muassa kruunuja, siltoja, osaproteesien runkoja sekä distansseja. Lähtökohtana ovat teollisesti valmistetut aihiot, jotka on valmistettu optimaalisissa olosuhteissa, minkä ansiosta valamisen yhteydessä esiintyvä laadun epätasaisuus voidaan välttää. Isot rakenteet voidaan valmistaa yhtenä kappaleena, mikä on myös etu, koska juottaminen tai hitsaaminen heikentää materiaalia verrattuna homogeenisen materiaalin käyttöön.

Hammaslääketieteessä käytetyistä metalliseoksista tavallisimmat koneellisesti työstettävät seokset ovat koboltti-kromi ja titaani. ADA:n kiinteän protetiikan luokittelun mukaan titaaniseosten on sisällettävä yli 85 prosenttia titaania, mutta ne voivat joissakin tapauksissa olla sopivia jyrsintään. Seos koostetaan jyrsintään paremmin soveltuvaksi kuin vastaava valuseos. Taipuisuuden lisääntyminen johtaa usein materiaalin heikentymiseen, joten seoksen koostaminen vaatii tarkkuutta.

Titaanin ja titaaniseosten käyttäminen hammaslääketieteessä on lisääntynyt huomattavasti, lähinnä niiden korroosion ja korkeiden lämpötilojen kestokyvyn sekä hyvän bioyhteensopivuuden vuoksi. Titaani on äärimmäisen reaktiivinen, mutta puhdas titaanipinta oksidoituu välittömästi päästessään kontaktiin ilman hapen kanssa, jolloin muodostuu stabiili oksidikerros. Oksidikerros muodostaa korroosiota kestävän pinnan, johon posliini ja adhesiiviset polymeerit voivat kiinnittyä (12). Titaanioksidi on kemiallisesti inertti keraami, jolla on myös fikstuuran osseointegraation mahdollistavat materiaali-ominaisuudet.

Titaanin fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet tekevät siitä sopivan kruunujen ja siltarakenteiden valmistukseen. Ne työstetään koneella (jyrsitään) toisen asteen puhtaasta titaaniaihiosta tai valmistetaan metalliseoksesta (aste 23 Ti-6Al-l4V ELI). Valamiseen käytetään myös puhdasta ensimmäisen ja neljännen asteen titaania, ja tietyt implanttikomponentit on valmistettu viidennen asteen titaaniseoksesta (Ti-6Al-4V).

Muotoilumahdollisuudet koneellisesti työstämällä ovat kuitenkin rajalliset. Esimerkiksi kruunun sisäpintaan ei aina saada toivottua muotoa, koska työkalun dimensiot ja jyrsimen ulottuvuus rajoittavat muotoilua. CAM-ohjelmisto kompensoi tämän jyrsimällä materiaalia yksityiskohdista enemmän (drill compensation), mikä ratkaisee ongelman vaikkakin istuvuuden kustannuksella (4) (kuva «»3).

Kuva 3. Kuvat 3 A–B. Kuvassa A näkyy jyrsin suhteessa kruunun tavoiteltuun sisäpintaan. Terävät preparointikulmat (joita tulee välttää aina ja etenkin kun restauraatio jyrsitään) jäävät jyrsimen ulottumattomiin, koska työkalu on liian suuri näin tarkoille yksityiskohdille. CAM-ohjelma kompensoi puutteet jyrsimällä enemmän materiaalia (drill compensation). Valmiin kruunun sisäpinnan ääriviivat vastaavat punaista katkoviivaa, kuten nuolet osoittavat kuvassa B kruunun sisäpinnan aksiaali- ja okklusaaliseinämien muodostamassa kulmassa.

Jyrsimen rakenne on tärkeä tekijä hyvän istuvuuden saavuttamiseksi ja rajoittaa materiaalia lisäävän valmistuksen mahdollisuutta. Eri jyrsimissä on vaihteleva määrä akseleita, jolloin ne voidaan asettaa eri kulmiin. Näin päästään työstämään eri tavalla jyrsittävää aluetta. Useampiakselisella jyrsimellä voidaan jyrsiä allemenoja ja monimutkaisia muotoja sekä viimeistellä yksityiskohdat paremmin. Akselien vähäinen määrä aiheuttaa materiaaliylimääriä ja rakenteen kömpelyyttä, minkä seurauksena hammasteknikon on jälkityöstettävä rakenne lopulliseen muotoon. Kolmiakselisissa jyrsimissä akselit edustavat spatiaalisia jyrsintäsuuntia X, Y ja Z; neliakselisissa jyrsimissä on näiden lisäksi käännettävä silta työstettävän materiaalin kiinnitystä varten ja viisiakselisissa jyrsimissä on edellisten lisäksi käännettävä jyrsinkara (3) (kuva «»4). Muutamalla valmistajalla on kuusi- ja seitsenakselisia jyrsimiä.

Kuva 4. Kaaviokuva CAM-jyrsimen eri akseleista.

Kipinätyöstö; subtraktiivinen tekniikka

Kipinätyöstö on menetelmä, jota käytetään valmistettaessa kovista materiaaleista monimutkaisia muotoja. Kipinägeneraattori tuottaa jopa 100 000 kipinää sekunnissa, ja näillä toistuvilla sähköpurkauksilla materiaalin pintaa voidaan muotoilla nopeasti ja tarkasti. Menetelmää voidaan käyttää metallirunkojen valmistamiseen sekä muihin prosesseihin, kuten polymeerien ja keraamien prässäämiseen käytetyissä stansseissa. Menetelmän käyttöalue hammaslääketieteessä on kuitenkin hyvin rajallinen (13).

Metalliseosjauheella kyllästetyn vahan jyrsintä; subtraktiivinen tekniikka

Metalliseosjauheella kyllästetyn vahan tai resiinin konetyöstäminen (jyrsiminen) on suhteellisen uusi ja vähän käytetty menetelmä hammaslääketieteessä. Jyrsinnän jälkeen materiaali sintrataan, jolloin vaha palaa pois ja metallihiukkaset liittyvät yhteen. Materiaali kutistuu sintrauksessa, joten kutistumistekijä on huomioitava työstettäessä. Rakenne jyrsitään suuremmaksi skaalattuna ja sintrauksen aikana se kutistuu lopulliseen kokoonsa. Kun rakenne jyrsitään suurennettuna, pienten yksityiskohtien työstö on helpompaa, koska jyrsimen koko on sopivampi suhteessa jyrsittävään työhön (vertaa kuvaan «»3). Lisäksi voidaan käyttää sirompia jyrsimiä, kun työstetään sintraamatonta, olennaisesti pehmeämpää materiaalia. Pehmeämmän materiaalin työstäminen säästää myös aikaa ja kuluttaa vähemmän kalliita jyrsintyökaluja. Menetelmä on kehitetty koboltti-kromirakenteiden valmistukseen, mutta ei ole vielä levinnyt laajalle. Esimerkki menetelmän tuotteesta on Ceramill Sintron^®.

Stereolitografia (SLA); additiivinen tekniikka

Stereolitografia on tekniikka, jota nykyään käytetään rutiininomaisesti työmallien valmistuksessa intraoraaliskannauksen kanssa. Se muistuttaa lasersintraustekniikkaa, mutta jauhepedin sijaan käytetään valokovetteista polymeerimateriaalia, ja laserin sijaan käytetään valoa, joka käynnistää polymeerimateriaalin kovettumisprosessin. Valonsäde pyyhkäisee materiaalipinnan yli ja materiaali kovettuu valon osuessa siihen. Ympäröivä alue jää kovettumatta. Kun yksi kerros on kovettunut, kappale laskeutuu liuokseen niin, että uutta kovettumatonta materiaalia voi valua jo kovettuneen päälle, minkä jälkeen valonsäde pyyhkäisee uudelleen liuoksen yli. Prosessia voidaan verrata mustesuihkutulostimeen, jonka varsi kulkee paperin yli ja tietokoneohjattu suukappale ruiskuttaa mustetta paperille ja syntyy kaksiulotteinen kuva. Samalla tavalla CAM-ohjelma ohjaa valonsädettä ja kovettaa polymeerin ensin kaksiulotteiseksi, mutta sen jälkeen polymeeriä lisätään kerros kerroksen päälle, kunnes koko malli on valmis. Lopuksi malli nostetaan liuoksesta, ja se saa kovettua loppuun valokaapissa. Tekniikka on suhteellisen edullinen, mutta toistaiseksi sen käyttö on rajoittunut materiaaleihin, joiden mekaanisilta ominaisuuksilta ei vaadita paljon, esimerkkinä työmallit. Muita käyttöalueita voisivat esimerkiksi olla poltettavalla materiaalilla täytetyt valumallit, jotka on kuvattu edellä. Kuten lasersintrauksella, tällä tekniikalla voidaan luoda hyvin kompleksisia muotoja (2).

3D-tulostus; additiivinen tekniikka

Kolmiulotteinen tulostus on hyvin samankaltainen tekniikka kuin stereolitografia. Sen lähtökohtana on polymeerijauhepeti, jossa jauhehiukkaset liittyvät yhteen varren pyyhkäistessä pedin yli, jälleen kuten mustesuihkukirjoittimessa. CAM-ohjattu suukappale ruiskuttaa sidosainetta petiin ja liittää jauhehiukkaset yhteen hiukkanen hiukkaselta, kerros kerrokselta. Menetelmän käyttöalue on suurin piirtein sama kuin stereolitografian, mutta näin voidaan yhdistää myös keraamirakeita ja metallihiukkasia ennen sintrausta. Tekniikka tarjoaa erinomaiset mahdollisuudet monimutkaisten rakenteiden muotoiluun, mutta sitä käytetään hammaslääketieteessä lähinnä vain kokeellisiin tarkoituksiin (2).

Koneellinen työstö (jyrsintä); subtraktiivinen tekniikka

Tekniikka on yleispiirteissään kuvattu edellä metalliseosten koneellisen työstön yhteydessä ja sitä käytetään samaan tapaan polymeerimateriaalin työstämisessä. Käyttöalueena ovat esimerkiksi intraoraaliskannatut työmallit sekä väliaikaiset kruunut ja sillat, jotka jyrsitään yhtenäisestä materiaalista. Valumallit on kuvattu edellä.

Suorakomposiittiin yhdistettynä näin voidaan esimerkiksi tehdä kerrostettuja rakenteita, joissa runko jyrsitään kuituvahvisteisesta polymeerista ja yhdistelmämuovifasadit lisätään manuaalisesti. Polymeerien muotoilua ja työstöä rajoittavat samat tekijät kuin metalliseostenkin jyrsintää, paitsi että polymeerejä on yleensä huomattavasti helpompi jyrsiä kuin kovia metalliseoksia ja työstöön voidaan käyttää sirompia jyrsimiä.

Yhdistelmämuovit, joihin markkinoinnissa usein viitataan keraameina, ovat suhteellisen uusi materiaaliryhmä. Ne sisältävät kuitenkin polymeerimatriisin ja ovat siksi määritelmällisesti yhdistelmämuoveja tai mahdollisesti hybridimateriaaleja, vaikka ne sisältävätkin paljon keraamisia täytepartikkeleita ja ovat homogeenisia. Näitä materiaaleja markkinoidaan väittämällä, että niitä voidaan jyrsiä poikkeuksellisen nopeasti verrattuna "muihin keraameihin". Jos tällaista materiaalia on kerrostettava, sen päälle ei voi polttaa posliinia ilman että rakenne tuhoutuu, minkä vuoksi kerrostus on tehtävä yhdistelmämuovilla silloin kun se ylipäänsä on mahdollista. Esimerkkejä näistä ovat Vita Enamic^® ja Lava^TM Ultimate.

Täysin sintrattujen materiaalien koneellinen työstö (jyrsintä); subtraktiivinen tekniikka

Täysin sintrattujen materiaalien koneellinen työstö ei eroa suuresti metalliseosten jyrsinnästä. Monia keraamityyppejä voidaan jyrsiä: posliinia, leusiittipohjaisia lasikeraameja, litiumdisilikaattipohjaisia lasikeraameja sekä täysin sintrattua zirkoniumoksidia. Koska keraamit ovat yleensä hyvin kovina herkkiä hiontadefekteille, jyrsiminen on usein hidasta ja toisaalta kallista koneiden kulumisen vuoksi. Tämän minimoimiseksi on olemassa materiaaleja, jotka jyrsitään esikristallisoituneessa vaiheessa. Tällöin työstö on valmista materiaalia helpompaa. Jyrsinnän jälkeen materiaali lämpökäsitellään, jolloin muun muassa materiaalin lujuus ja kovuus muuttuvat. Näin hyödynnetään mahdollisuutta jyrsiä helpommin työstettävää materiaalia todellisessa koossa, ja vasta lämpökäsittelyn jälkeen materiaali on potilaskäyttöön sopivaa (kuva «»5).

Kuva 5. Kuvassa näkyy lasikeraami IPS e.max CAD: A. Rakenne jyrsitään mittakaavassa 1:1 materiaaliaihiosta, jonka kiderakenne on erilainen kuin valmiilla sillalla. Materiaali on pehmeämpää ja helpommin työstettävää. B. Jyrsinnän jälkeen siltarakenne lämpökäsitellään ja se saa kiderakenteen muutoksen myötä eri värin ja vahvemmat materiaaliominaisuudet. C. Lämpökäsittelyn jälkeen rakenteen päälle voidaan polttaa posliinia tai se voidaan karakterisoida maalaamalla posliiniväreillä. Kuva: Ivoclar.

Keraamit vaurioituvat herkästi, joten niiden jyrsintä on vaativaa, etteivät pinnalliset hiontadefektit heikentäisi valmista rakennetta. Hiontaurat, instrumentit ja hiontapaine sekä jäähdytys on siksi valittava työstettävän materiaalin mukaan. Osa valmistajista suosittelee "regeneraatiopolttoa" tiettyjen keraamien jyrsinnän jälkeen materiaalin palautumiseksi, mutta useat tutkijaryhmät (14) ovat kyseenalaistaneet sen ja pitävät sitä turhana tai jopa vahingollisena.

Kahta lasikeraamien päätyyppiä, leu-siittipohjaisia ja litiumdisilikaattipohjaisia lasikeraameja työstetään subtraktiivisella tekniikalla. Ne muodostavat suurimman osan Pohjoismaissa käytetyistä lasikeraameista. Niiden työstäminen laboratoriossa on yksinkertaista, joten useimmat laboratoriot hallitsevat sen hyvin. Lasikeraamit jyrsitään yhtenäisestä materiaaliaihiosta, joka on väriltään ja struktuuriltaan homogeeninen. Valmiin restauraation homogeenisyys rajoittaa materiaalin esteettistä käyttöä. Liukuvärjättyjä aihioita valmistetaan, mutta ongelmana on ollut saada kerrokset oikein valmiiseen rakenteeseen, eivätkä ne siksi ole yleistyneet. Lasikeraami viimeistellään maalaamalla pinta posliiniväreillä tai kerrostamalla posliinia niin sanotulla cut-back-tekniikalla (lasikeraami redusoidaan bukkaalisesti tai inkisaalisesti, jotta posliinille saadaan tilaa). Lasikeraamit ovat posliinia vahvempia ja lisäksi ne ovat läpikuultavia, suhteellisen yksinkertaisia valmistaa ja niitä voidaan valmistaa ohuissa, monimutkaisemmissa muodoissa kuin perinteisestä posliinista on mahdollista. Esteettisesti lasikeraami ja posliini ovat lähellä toisiaan. Leusiittipohjaisten lasikeraamien käyttömahdollisuudet ovat posliinia laajemmat, vaikka niitä voidaankin käyttää vain yksittäisiin täytteisiin tai kruunuihin. Kun posliini sopii vain etualueen laminaatteihin ja mahdollisesti vaippakruunuihin, leusiittipohjaisia lasikeraameja voidaan näiden lisäksi käyttää kruunuihin ja onlay-täytteisiin koko hampaistossa. Leusiittipohjaisista lasikeraameista voidaan valmistaa myös inlay-täytteitä, mutta niiden ennuste on kyseenalainen. Kliinisissä tutkimuksissa on saatu hyviä pitkäaikaistuloksia leusiittipohjaisin lasikeraamein, mutta ne on kiinnitettävä resiinisementillä optimaalisen lujuuden saavuttamiseksi (15). Valmistajan ohjeiden mukaan niitä ei tule sementoida esimerkiksi itsekiinnittyvällä sementillä.

Litiumdisilikaattipohjaiset lasikeraamit ovat taivutuslujuudeltaan hammashoidossa käytettävien keraamien keskitasoa (taulukko « Suuret keraamiryhmät ja materiaalien taivutuslujuuden edustavia arvoja.»4), minkä vuoksi ne voitaisiin sementoida perinteisesti ilman sidostamista. Lujien ja kovien lasikeraamien indikaatioita ovat kruunut koko hampaistossa sekä etualueen korkeintaan kolmen yksikön sillat. Kliininen näyttö lasikeraamisilloista on kuitenkin vähäistä verrattuna yttriumstabiloidusta tetragonaalisesta monikiteisestä zirkoniumoksidista (Y-TZP), zirkoniasta valmistettuihin siltoihin.

Esisintrattujen materiaalien koneellinen työstö (jyrsintä); subtraktiivinen tekniikka

Oksidikeraameja, etenkin Y-TZP:a, valmistetaan nykyään prässätystä ja esisintratusta materiaalista jyrsimällä, lukuun ottamatta joitakin yksittäisiä valmistajia. Materiaali prässätään ensin isostaattisella tai uniaksiaalisella puristimella, minkä jälkeen se sintrataan. Sintrausprosessi keskeytetään ennen kuin materiaali on kokonaan sintrattu, jolloin saadaan helposti työstettävää liitumaista materiaalia. Jyrsintä tässä vaiheessa säästää aikaa ja kuluttaa välineitä vähemmän, mikä alentaa valmiin tuotteen hintaa (1–3). Materiaalissa on väitetty esiintyvän vähemmän pintadefektejä verrattuna täysin sintrattuna jyrsittävään materiaaliin, ja että defektit osittain häviäisivät loppusintrauksen aikana. Näyttöä tästä ei kuitenkaan ole.

Jyrsintä esisintratussa vaiheessa edellyttää materiaalin kutistumistekijän huomioimista. Konstruktio kutistuu 20 prosenttia loppusintrauksen yhteydessä, ja tämän vuoksi CAM-järjestelmän on skaalattava työ suuremmaksi ennen jyrsintää. Jokaisella materiaalierällä on oma kutistumisvaransa, joka syötetään CAM-laitteeseen ennen jyrsintää.

Kutistumisen lineaarisuus sintrauksen yhteydessä on tärkeää ja erän ilmoitetun kutistumisvaran tulee pitää paikkansa, jotta lopullisen tuotteen mittatarkkuus on riittävä. Suurissa rakenteissa dimensiopoikkeamien merkitys korostuu. Mittatarkkuutta tutkitaan, mutta esisintrattuina jyrsittävien keraamien mittatarkkuus vaikuttaa olevan hyvä. Jyrsinnän skaalaaminen suuremmaksi mahdollistaa myös yksityiskohtien tarkemman jyrsinnän, koska hiontatyökalu pääsee paremmin pieniin koloihin väliaikaisesti suuremmassa työssä.

Yksi subtraktiivisen, esisintratun materiaalin jyrsintään perustuva tekniikan variantti on lasi-infiltraatiotekniikka. Siinä alumiinioksidia (Al₂O₃), zirkoniumdioksidivahvistettua alumiinioksidia (ZTA; 70 % Al₂O₃ ja 30 % ZrO₂) tai magnesiumoksidia (Spinelli; MgAl₂O₄) jyrsitään esisintratussa vaiheessa todellisessa koossa jäännöshuokoisuuden ollessa 70–80 prosenttia. Jyrsinnän jälkeen materiaali infiltroidaan lasilla eli jäännöshuokoisuudet täytetään materiaalia vahvistavalla lasilla. Tekniikkaa käytetään kruunujen ja siltojen rungoissa, joihin kiinnitetään posliinifasadit. Lasilla infiltroituja keraameja, joita joskus kutsutaan hybridikeraameiksi, käytetään Pohjoismaissa nykyään vähän ja ne ovat saaneet väistyä tiivissintrattujen oksidikeraamien, etenkin Y-TZP:n tieltä. Esimerkkituotteita ovat In-Ceram^®Alumina ja In-Ceram^®Zirconia.

Oksidikeraamit eroavat eniten muista keraamityypeistä. Suurimmat erot ovat lujuudessa, optisissa ominaisuuksissa, käyttöalueessa ja kliinisessä käsittelyssä. Oksidikeraamit muistuttavat monessa suhteessa enemmän metallokeramiaa kuin lasikeraameja ja posliinia, myös kliinisen käsittelyn suhteen. Preparointi ja tilantarve ovat lähes identtiset metallokeramian kanssa, samoin sementoinnin periaatteet. Monet metallokeramiaan liittyvät esteettiset haasteet koskevat myös oksidikeraameja vaikkakin vähemmän.

Oksidikeraameja on käytetty hammashoidossa 1960-luvulta lähtien, mutta alumiinioksidipohjaiset keraamit yleistyivät vasta 1990-luvun alussa. Y-TZP:n merkitys on kasvanut 1990-luvun puolivälistä lähtien, ja nykyään sen asema on täysin hallitseva. Alumiinioksidia käytetään edelleen, mutta etupäässä yksittäisissä kruunuissa, kun taas Y-TZP:a käytetään kruunuihin, siltoihin ja implanttien distansseihin. Erittäin hyvien taivutuslujuusarvojen lisäksi sillä on ainutlaatuinen murtumia estävä materiaaliominaisuus, mikä tekee siitä hyvin sitkeän – tärkeä ominaisuus keraamiselle materiaalille. Kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet materiaalin täyttävän kruunuille ja jopa viiden yksikön silloille asetettavat vaatimukset (16). Laajemmista rakenteista on olemassa yksittäisiä kliinisiä tutkimuksia, mutta vain joitakin materiaaleja koskien (17).

Lisää tutkimustyötä tarvitaan vielä muun muassa Y-TZP:n ja posliinifasadien yhdistelmistä. Periaatteessa Y-TZP:sta valmistetuissa kokokeraamisten siltojen ydinmateriaalissa ei esiinny murtumia. Sen sijaan pinnallisia posliinin irtoamisia zirkoniasta (ns. chip-off-murtumia), jotka eivät ulotu ytimeen tai posliinin ja ytimen väliselle alueelle, on raportoitu noin 15 prosentissa tapauksista materiaalista riippumatta (16–17). Implanttikantoisten Y-TZP-siltojen viiden vuoden ennuste on 100 prosenttia, mutta niissäkin esiintyy pinnallisia murtumia (18, 19). Yksi tapa ongelman ratkaisemiseksi on jyrsiä rakenne yhtenäisestä zirkoniumoksidiaihiosta ilman pintaan poltettavaa posliinia. Karakterisointi tapahtuu värjäämällä tai maalaamalla pinta (20).

Mielenkiintoinen vaihtoehto zirkoniumdioksidirakenteiden posliinin päällepoltolle on ns. CAD-on-tekniikka. Se perustuu siihen, että siltarunkoon jyrsitään tilaa posliiinifasadille, jotta valmis posliini saadaan siirrettyä rakenteen päälle ja yhdistettyä runkoon esimerkiksi keraamisella saumausmassalla. Tekniikkaa voisi verrata kruunupilarin päälle asetettuun kruunuun, missä pilari on kooninen eikä siinä ole allemenoja; tässä kruunun sisäpinta kuvastaa pilaria. Posliinifasadit jyrsitään subtraktiivisella tekniikalla lujasta ja kovasta lasikeraamista, minkä jälkeen fasadit yhdistetään runkoon. Haittapuolena on rajalliset mahdollisuudet siltarungon muotoiluun posliinin paikalleen saamiseksi, minkä vuoksi rakenteista tulee helposti epäanatomisia. Posliinin tuesta runkorakenteessa ei myöskään välttämättä tule optimaalinen, mutta sen ei kuitenkaan pitäisi olla ongelma, jos käytetään kovia ja lujia lasikeraameja, esimerkiksi litiumdisilikaattia. Esimerkki tuotteesta on IPS e.max CAD-on.

Sintraamattoman materiaalin koneellinen työstö (jyrsintä); subtraktiivinen tekniikka

Yksinomaan prässätyn ja sintraamattoman materiaalin jyrsintää kutsutaan green stage -vaiheeksi, vihreän kappaleen työstöksi. Hammaslääketieteellisessä kirjallisuudessa kutsutaan usein esisintrattua vihreäksi kappaleeksi, mutta tässä vihreä viittaa koskemattomaan tai nuoreen ja tarkoittaa sitä, että materiaali ei ole ollut uunissa erona esisintrattuun.

Kirjoittajien tiedossa ei mitään tekniikkaa, jossa yksinomaan prässättyä keraamia työstettäisiin vain subtraktiivisella tekniikalla, vaan vihreän kappaleen työstö on subtraktiivisen ja additiivisen valmistustekniikan yhdistelmä. Tämä tekniikka on kuvattu alla.

Sintraamattoman materiaalin koneellinen työstö (jyrsintä); additiivinen tekniikka

Hammaslääketieteessä yksinomaan prässätyn materiaalin työstämistä additiivisella tekniikalla käytetään yksittäisten kruunujen runkojen valmistamisessa alumiinioksidista ja zirkoniumdioksidista. Tekniikka perustuu siihen, että jyrsitään kipsikopio kruunuhiotusta hampaasta. Kopio on skaalattu suuremmaksi vastaamaan materiaalin kutistumiskerrointa. Sen jälkeen alumiinioksidi- tai zirkoniumoksidijauhe prässätään stanssiin, mikä edustaa additiivista tekniikkaa. Jotta rungolle saadaan kruunun ääriviivoja vastaava muoto, jyrsitään keraamin ääriviiva stanssissa. Vaikka menetelmä yhdistää sekä additiivisen että subtraktiivisen tekniikan, se lasketaan kuuluvaksi additiivisiin tekniikoihin. Tekniikka on kuvattu yksityiskohtaisemmin kuvassa «»6 (21).

Keraaminen jauhe prässätään stanssiin ja nostetaan pois ennen kuin materiaali on sintrattu, jolloin siihen syntyy vahvoja sidoksia. Tekniikka on herkkä allemenoille ja jos sitä ei huomioida, vaarana on murtumien syntyminen materiaaliin ennen sintrausta. Murtumat eivät aina näy valmiissa rungossa. Toinen ero muihin menetelmiin on, että koska kruunun sisäpintaa ei koskaan jyrsitä, kruunun muutoin defektialtis sisäpinta säilyy ehjänä. Kokokeraamisia kruunuja on valmistettu näin jo runsaat 20 vuotta. Eräässä kliinisessä tutkimuksessa tutkittiin 90 potilaskäytössä olevaa kruunua ja todettiin marginaalisen istuvuuden olevan erittäin hyvä (22). Kokokeraamisten kruunujen on raportoitu 10 vuoden seurannassa olevan tuloksiltaan hyvin lähellä jalometalleista valmistettua metallokeramiaa, jota pidetään usein kiinteän protetiikan ns. kultaisena standardina.

Keraamien valmistamisessa on käytetty muitakin additiivisia tekniikoita, muun muassa laseria on käytetty keraamien sintraukseen (2). Bertrand onnistui lasersintraamaan Y-TZP:a, mutta materiaalin tiheys ja fysikaaliset ominaisuudet eivät soveltuneet kliiniseen käyttöön. Toinen additiivinen tekniikka on "tulostustekniikka" (direct inkjet printing), jossa keraaminen neste "tulostetaan" pisara pisaralta ohuiksi kerroksiksi (5 µm). Tekniikka muistuttaa lasersintrausta (23). Näin valmistettujen zirkoniakruunujen taivutuslujuus oli 763 MPa (24). Menetelmä vaikuttaa lupaavalta, mutta joitakin teknisiä ongelmia on vielä ratkaisematta.

Kuva 6. Keraamisen kruunurungon valmistaminen additiivisella tekniikalla yhdistettynä subtraktiiviiseen muotoiluun (jyrsintä). A. Keraamijauhetta (rakeita) laitetaan stanssiin, joka on skaalattu työmallia suuremmaksi vastaten keraamin odotettua kutistumista. B. Kuminen muotti vedetään stanssin ja jauheen päälle. C. Koko stanssi muotteineen paineistetaan paineilmalla (dry bag) tai nesteellä (wet bag), ja jauhehiukkaset prässätään yhteen isostaattisesti (samalla paineella kaikista suunnista). D. Rungon ulkoääriviivat jyrsitään (vihreä työstö). E. Runko poistetaan stanssista ja sintrataan uunissa, jolloin se tiivistyy ja kutistuu oikeaan kokoon.