Dentale Werkstoffe werden mithilfe der Kausimulation auf In-vivo-Tauglichkeit und Belastbarkeit in der Mundhöhle überprüft. Hierfür werden mechanische, thermische und hydrolytische Faktoren für die Untersuchung so gewählt, dass sie dem oralen Milieu nahekommen. Doch welchen Einfluss haben die Abrasionspartikel der Proben bei der Kausimulation auf das Abrasionsvolumen? 

In Zusammenarbeit mit Flemming Dental Tec – einem innovativen Produktions- und Technologiezentrum im Bereich der digitalen Zahnersatzfertigung – haben wir von SD Mechatronik Kausimulationstests an Kronen vorgenommen. Wir sind der Frage nach den Abrasionspartikeln nachgegangen. Die Untersuchung erfolgte mit unserem Kausimulator Typ CS-4.8. Dieser Kausimulator simuliert verschiedenste Kaubewegungen zur Materialprüfung und hat diverse Features, mit denen er sich von anderen Geräten abhebt.

Ermittelt werden sollte der Einfluss von Abrasionspartikeln auf das Abrasionsvolumen und auf den Höhenverschleiß. Die Abrasionspartikel (hauptsächlich Füllstoffe) werden während der Kausimulation aus der Matrix des Materials herausgearbeitet. Die Frage war, ob verbliebene Partikel im Abrasionsbereich einen relevanten Einfluss auf die Abrasion haben können. Die klinische Relevanz der Untersuchung obliegt der Tatsache, dass sich auch im oralen Umfeld ggf. Verschleißpartikel (z. B. aus der Matrix gebrochene Füllstoffe) bilden, die entweder durch Zähneputzen oder Spülen entfernt werden.

Verglichen wurden acht Prüfproben (gefräste Prothesenzähne aus doppelkreuzvernetztem PMMA, DCL = double cross linked) mit Antagonisten-Kegeln (Edelstahlkegel, Hartmetallkegel) in verschiedenen Szenarien. Ziel des Versuchs war die Analyse des Verschleißverhaltens unter folgenden Gesichtspunkten: 
1. Material des Antagonisten
2. Entfernung der Abrasionspartikel während der Versuchslaufzeit

Die Proben 1 bis 6 wurden mit einem Edelstahl-Antagonisten und die Proben 7 und 8 mit einem Hartmetall-Antagonisten getestet. 

• Proben 1 und 2: Kontrollgruppe (klassische Kausimulation)
• Proben 3 und 4: Gezielte Wasserspülung während des Versuchs
• Proben 5 und 6: Tägliches Entfernen der Partikel mit der Zahnbürste
• Proben 7 und 8: Kontrollgruppe (Hartmetallantagonisten)
• Antagonisten: 6 Edelstahlkegel, 2 Hartmetallkegel mit je gleicher Geometrie

Die Kronen wurden auf 3D-gedruckten Stümpfen verklebt und mit PMMA umgossen. Der Antagonist traf während der Kausimulation mit einer vertikalen Belastung von 50 N auf die Proben. Beim Kausimulationstest wurde der Verschleiß mit einer Zyklenanzahl von 1.200.000 (simulierte Tragedauer von 5 Jahren) validiert. Jede Probe wurde solange belastet, bis diese entweder frakturiert war oder die Zyklenvorgabe erreicht worden ist.

Das Abrasionsvolumen jedes Prüfkörpers wurde durch Vorher-Nachher-Scans mittels Röntgen-Computertomografie (µCT) bestimmt. Für das Zusammenführen der Daten (Matching) und die Berechnung des Differenzvolumens anhand des 3D-Vergleichs nutzten wir die Software 3D Slicer.

Bei der Betrachtung der Ergebnisse zeigen die Proben 1 und 2 das höchste Abrasionsvolumen. Die Proben 4 bis 6 weisen im Vergleich dazu eine leichte Reduktion auf. Probe 3 liegt zwischen den Werten der ersten beiden Proben. Die Proben 7 und 8 (Hartmetallantagonisten) weisen tendenziell ein geringeres Abrasionsvolumen auf. Der Höhenverschleiß der Proben wurde während jedes Kauzyklus gemessen. Probe 2 weist den größten Verschleiß auf; Probe 7 den geringsten. Der zu Beginn steilere Verlauf der Kurven ergibt sich durch das anfänglich verstärkte Eingraben des Antagonisten in die Probe. Sobald der Antagonist vollflächig Kontakt hat, wird der Verschleißverlauf annährend linear.

Aufgrund der geringen Probenzahl pro Messmethode, ist aber der Fokus auf den zeitlichen Verlauf essentiell. Das „Diagramm gruppiert“ zeigt die Höhenverläufe der Proben 1-6 über den gesamten Messzyklus. Proben 7 und 8 wurden wegen des andersartigen Antagonistenmaterials hier herausgenommen. Die Proben sind im Diagramm farbig gruppiert: Proben 1 und 2, die den klassischen Versuchsaufbau durchlaufen haben, sind in Grüntönen dargestellt. Die punktuelle gespülten Proben 3 und 4 in Blau. Proben 5 und 6, die mechanisch geputzt wurden, sind in Gelb/Orange abgebildet. In dieser Ansicht wird sehr schnell deutlich, dass die grünen Kurven der klassischen Proben das Feld nach oben und unten hin eingrenzen. Die Streuung der Alternativkonzepte liegt nahezu vollständig zwischen diesen Grenzen. Auch wichtig ist, dass Probe 4 in Hellblau in den letzten 200.000 Zyklen sehr stark streut und an Höhe gewinnt. Hier ist ein Fehler im Messaufbau naheliegend und diese Probe muss aus dem Endergebnis entfernt werden. 

Die hier angewendeten Versuche abrasives Material aus der Kaustelle zu entfernen, haben zu keinerlei Verbesserung oder Verschlechterung des Abrasionsverhaltens geführt. Sämtliche Ergebnisse liegen innerhalb des Streubereiches der Referenzproben 1 und 2. Darüber hinaus ist erkennbar, dass die Streubreite der Kurvenverläufe gegenüber den Kontrollproben bei den modifizierten Proben stärker ausfällt. Daher ist von diesen Methoden eher abzusehen, weil sie das Messrauschen erhöhen.