Étude in vitro du polissage des céramiques stratifiées et monolithiques - Cahiers de Prothèse n° 185 du 01/03/2019
 


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Les cahiers de prothèse n° 185 du 01/03/2019

 

Étude in vitro du polissage des céramiques stratifiées et monolithiques

Polissage des céramiques

A. BLUNTZER   L. JACOMINE   O. ETIENNE  

Introduction

Avec l'évolution des méthodes de collage à disposition du chirurgien-dentiste, et dans le cadre du respect du gradient thérapeutique, les indications de mise en place d'inlay-onlays, d'overlays ou encore de veneerlays en céramique sont devenues fréquentes. Pour ce faire, l'utilisation de céramiques, stratifiées ou non, présente certaines exigences en lien avec les propriétés intrinsèques spécifiques de ces matériaux. En particulier, il n'est pas recommandé...


Résumé

Résumé

L'état de surface des céramiques dentaires conditionne leurs propriétés esthétiques et mécaniques, mais aussi biologiques en limitant la rétention de la plaque bactérienne. En ce sens, toute retouche entraine un polissage indispensable afin de retrouver une surface la plus lisse possible. En dentisterie adhésive, ces retouches ont lieu après le collage et sont donc réalisées en bouche à l'aide de différents kits de polissoirs successifs.

Le but de cet article a été d'évaluer la performance respective de deux coffrets de polissage pour céramiques. Quatre groupes de céramiques ont été étudiés : zircone glacée, Emax Press LT glacée, Emax Press LT polie et glacée, Emax CAD glacée. Après retouches et polissage, les surfaces ont été observées et la topographie évaluée par profilométrie optique.

Nos résultats montrent que la rugosité finale de tous les échantillons est supérieure à leur rugosité initiale, en particulier pour la zircone. Parmi les 2 kits testés, le kit spécifiquement indiqué pour les céramiques de haute résistance s'est montré le plus performant.

Introduction

Avec l'évolution des méthodes de collage à disposition du chirurgien-dentiste, et dans le cadre du respect du gradient thérapeutique, les indications de mise en place d'inlay-onlays, d'overlays ou encore de veneerlays en céramique sont devenues fréquentes. Pour ce faire, l'utilisation de céramiques, stratifiées ou non, présente certaines exigences en lien avec les propriétés intrinsèques spécifiques de ces matériaux. En particulier, il n'est pas recommandé de régler l'occlusion avant le collage de l'élément prothétique, cela afin d'éviter les risques de fracture. La conséquence directe de cet impératif est la nécessité de faire dans un second temps les retouches en bouche, après le collage. Il faut alors assurer un polissage adéquat car l'état de surface des restaurations céramiques permet d'améliorer non seulement leurs propriétés mécaniques, mais aussi esthétiques et biologiques. Les praticiens sont ainsi directement confrontés à la difficulté du choix d'une méthode et/ou d'un matériel répondant à ces besoins.

Dans ce contexte, le but du présent article est de présenter les résultats d'une étude originale, in vitro, analysant l'état de surface après polissage de différentes céramiques.

Moyens de polissage et de lustrage des cÉramiques

La plupart des moyens de finition et de polissage fonctionnent par abrasion. Des instruments d'une granulométrie décroissante sont utilisés pour aboutir in fine à une surface très lisse et brillante.

Les différents abrasifs

Différents agents abrasifs peuvent être employés (du plus dur au moins dur) : les diamants (fraises, pâtes à polir), les carbures de silicium ou de tungstène (fraises ou disques), l'émeri (principalement composée d'une forme naturelle d'oxyde d'aluminium, souvent appelé corindon), l'oxyde d'aluminium (disques et stripes), le silicate de zirconium, le seiche/quartz (composé de dioxyde de silicium), le grenat et la pierre ponce (pâte prophylactique utilisable pour les dents [1]). Les instruments utilisés sont essentiellement basés sur un concept abrasif et se présentent sous plusieurs formes [2] : les instruments diamantés, les élastomères abrasifs (pointes montées, meurettes et polissoirs souples) et les pâtes à polir.

Les techniques de finition et de polissage au laboratoire

La finition par glaçage

Le glaçage consiste à vitrifier la surface de la céramique. Il a pour avantages un temps de réalisation rapide, une coloration de surface après biscuit, le comblement des porosités de la surface de la porcelaine cuite et une qualité de l'état de surface améliorée [2].

La finition par polissage

Elle se fait à l'aide d'abrasifs au stade du biscuit. Ce polissage nécessite une céramique bien condensée et cuite dans des conditions idéales. En effet, les éventuelles porosités de surface ne sont pas complètement éliminées par le polissage mécanique [3].

Les corrections et le polissage intra-oral de la céramique

Plusieurs situations cliniques entraînent nécessairement des corrections après assemblage de la céramique.

Retouches lors de l'insertion

Elles sont réalisées afin de parfaire l'ajustage occlusal en éliminant les surocclusions, les prématurités et les interférences (fig. 1 à 4).

Dans le cas des restaurations céramiques collées (RECC) telles que les inlays/onlays ou les facettes utilisant des vitrocéramiques, cela vient de la rigueur du protocole de mise en bouche de l'élément et des risques de fracture liés à un essayage du réglage occlusal avant collage.

Retouches lors du suivi clinique

Elles sont notamment nécessaires en cas de fracture du matériau, ou d'usure liée au temps et aux agressions mécaniques et chimiques du milieu buccal.

Pourquoi polir ?

État de surface et parodonte

Des surfaces très lisses résistent mieux à l'adhérence bactérienne. Le seuil de 200 nm (Ra) est généralement reconnu comme le seuil en dessous duquel il n'y a pas d'influence de la rugosité sur la formation de la plaque dentaire [1, 4]. Or il est reconnu aujourd'hui que le facteur bactérien est la cause principale des maladies parodontales et des atteintes carieuses [5].

État de surface et résistance mécanique

Il a été démontré que l'état de surface de la céramique joue un rôle important dans la résistance mécanique [6] et dans la naissance des fissures [7]. En effet, une surface soigneusement polie résiste mieux à d'importantes charges occlusales qu'une surface présentant des irrégularités, des « griffures » [8].

État de surface et occlusion

L'usure graduelle des dents antagonistes est un phénomène d'adaptation normal, mais il peut être perturbé par l'insertion de prothèses fixées dont le pouvoir abrasif diffère de celui de la substance dentaire qu'elle remplace [9]. Le pouvoir abrasif de la céramique est important et varie suivant le type de céramique utilisé, et suivant le type de finition de laboratoire choisi : glaçage ou polissage mécanique [10]. Il n'existe pas de relation directe entre le pouvoir abrasif de la céramique et sa dureté. C'est la microstructure de chaque céramique qui reste un élément important pour expliquer leur pouvoir abrasif [11].

État de surface et esthétique

L'interaction de la lumière avec une matière se fait selon quatre modes : la réflexion, la transmission, la diffusion et l'absorption. Les caractéristiques optiques d'une restauration dentaire telles que la brillance, la translucidité et la teinte sont directement liées à la géométrie et à la quantité de lumière réfléchie au niveau de la surface, et elles affectent son apparence esthétique [12].

Les propriétés optiques de la céramique varient si l'on agit sur le facteur absorption (indice de réfraction du matériel) et sur le facteur de réflexion (indice de réfraction du matériel utilisé et état de surface) [13]. C'est l'association de deux réflexions (spéculaire et diffuse) sur les faces striées et lisses qui donne l'aspect naturel d'une céramique [14].

État de surface et perception orale

Il doit également être acceptée par le patient du point de vue de son confort. La langue est capable de ressentir une différence de rugosité de l'ordre de 300 nm (Ra) par sa pointe [15]. Sachant que la rugosité de l'émail dans des zones de contact occlusal est de 640 nm [16] et celle des dents antérieures est de 250 nm, la rugosité d'une restauration ne devrait pas excéder 500 nm [15].

À retenir

La restauration d'un état de surface adéquat et la nécessité d'un bon polissage après toute retouche, fut-elle mineure, sont donc une nécessité à différents niveaux afin [2, 17] :

– d'améliorer la résistance mécanique afin d'éviter la casse ;

– d'améliorer le rendu esthétique par la réflexion de lumière ;

– d'améliorer la bio-intégration : au niveau parodontal, afin d'éviter au maximum la rétention de plaque et l'irritation mécanique du parodonte d'une part, mais également dans le but d'une bonne adaptation occlusale en vue de ne pas perturber l'équilibre occlusal et de ne pas créer d'abrasion des tissus dentaires au contact de l'élément prothétique ; l'état de surface intervient en outre directement dans l'importance des réactions toxiques ou allergiques ;

– de diminuer l'usure des dents adjacentes et antagonistes par abrasion ;

– d'améliorer la fonction de mastication : puisque la nourriture glisse plus facilement sur des surfaces polies ;

– de faciliter l'hygiène dentaire, donc de faciliter l'accès au brossage de toutes les zones.

Étude in vitro

Dans cette étude, nous avons analysé les états de surface de différentes céramiques et l'impact de deux systèmes de retouches et polissage sur cet état de surface.

Matériels et méthodes

Céramiques étudiées

Quarante plots de céramique ont été étudiés, répartis en quatre groupes (n = 10). Ils ont été préparés par la société Ivoclar Vivadent France. Le cahier des charges préconisait, à notre demande, que ces plots soient préparés par un même prothésiste en respectant les recommandations du fabricant.

Trois types de céramiques différentes ont été observés dans notre étude, chacun ayant des caractéristiques mécaniques et microstructurelles différentes. Deux états de surface ont été demandés : soit usiné (ou pressé) puis glacé, soit usiné (ou pressé) puis poli mécaniquement puis enfin glacé. Quatre groupes ont donc été étudiés :

– Zircone glacée ;

– Emax Press LT glacée ;

– Emax Press LT polie et glacée ;

– Emax CAD glacée.

La zircone : le dioxyde de zirconium (ZrO2) a déjà démontré sa très haute résistance dans la fabrication d'armatures de bridges longue portée. Le dioxyde de zirconium utilisé dans notre étude est de marque Wieland®.

Emax press LT: il s'agit de la céramique IPS Emax Press® en version Low Translucency : une vitrocéramique au disilicate de lithium (LS2) mise en forme par la technique de pressée.

Emax CAD : il s'agit de la céramique IPS Emax CAD® : une vitrocéramique au disilicate de lithium (LS2) notamment utilisée en CFAO.

Systèmes de polissage étudiés

Set de polissage conventionnel pour céramique (OptraFine, Ivoclar Vivadent®) :

Le coffret comporte (fig. 5) :

– des instruments diamantés pour la finition (F) (bleu clair) ;

– des instruments diamantés pour le polissage (P) (bleu foncé) ;

– des brossettes en nylon pour le polissage au brillant (HP), à utiliser en combinaison avec la pâte de polissage ;

– une pâte diamantée pour le polissage au brillant (HP), à utiliser en combinaison avec les brossettes en nylon.

OptraFine® est disponible en trois formes : flamme (pointe), cône et disque.

 

Set de polissage pour céramiques denses (réf. 4637, Komet France®) :

Nous avons retenu le coffret de polissoirs et de fraises pour céramique proposé par la société Komet. Il est orienté pour les retouches de la zircone (ZrO2) ainsi que des nouvelles céramiques, notamment le disilicate de lithium.

Ce coffret comporte (fig. 6 et 7) :

– des instruments diamantés de différentes formes et granulométries ;

– des polissoirs diamantés en 2 étapes pour permettre le brillantage rapide.

Profilométrie optique

L'étude de l'état de surface des restaurations a été réalisée à l'aide d'un microscope Bruker 3D, basé sur la microscopie optique confocale et l'interférométrie. Vision32™, le logiciel associé, traduit les données afin de mesurer le relief d'une surface, notamment dans le but d'en évaluer la topographie (rugosité, microgéométrie). Le microscope 3D utilisé dans le cadre de l'étude est celui de la plateforme MINAMEC/CNRS 22/ICS (Centre national de recherche scientifique, institut Charles Sadron) de Strasbourg : il s'agit d'un tribomètre UMT 1000, avec microscopie confocale interférométrique intégrée.

Traitement informatique des données

L'étude a nécessité l'utilisation de divers outils informatiques :

– Vision32 : le logiciel Vision32® est le programme cœur de l'utilisation du microscope Bruker 3D, profilomètre optique sans contact. Vision permet d'effectuer de puissantes analyses, y compris les statistiques de hauteur de surface telles que Ra, Rsk... ;

– Excel : ce logiciel permet de présenter, remettre en forme et d'effectuer des analyses ;

– IBM SPSS Statistics : jeux d'outils d'analyse prévisionnelle et statistique permettant de créer, entre autres, des boîtes à moustache ou bien de mettre en place des tests statistiques (Anova, Tukey...) ;

– Gwyddion : Gwyddion est un logiciel modulaire pour l'analyse de données SPM et pour l'analyse de données obtenues par microscopie.

Cela permet d'observer, à partir d'une image bidimensionnelle initiale (fig. 8), la surface filtrée en retirant la forme (fig. 9). Il est également possible d'observer une image 3D de la topographie de l'échantillon (fig. 10). Les logiciels cités permettent aussi le traitement des données pour calculer les paramètres de rugosité.

Méthodologie de l'étude

Observations et mesures

Un nettoyage soigneux de la surface a été effectué pour éviter toute accumulation de débris et de poussières. Pour chaque plot, trois enregistrements consécutifs sur trois zones aléatoires (fig. 11) ont été effectués sur la surface à l'aide du microscope Bruker. Cela permet d'avoir trente enregistrements de la surface pour chaque type de céramique, ce qui donne un échantillon de taille représentative et permet d'identifier les éventuels enregistrements aberrants. Chaque mesure correspond à un enregistrement effectué à l'aide du logiciel Vision (Bruker). Nous avons ensuite analysé ces mesures à l'aide des deux logiciels cités. Tous les échantillons ont été observés avant retouche et polissage, puis après.

Les plots et les données ont été dénommés en fonction du type de céramique, du type de finition laboratoire, du numéro de l'échantillon (x = 1 à 10) et de la zone (y = A, B ou C). Nous avons donc ZircGxy, EmaxCADGxy, EmaxLTxy PG et EmaxLTGxy.

Retouches et polissage des céramiques

Chaque plot a été divisé en deux moitiés. L'une consacrée à l'utilisation du kit OptraFine®, l'autre consacrée au kit 4637. Les polissages ont été réalisés manuellement par le même opérateur afin de respecter une pression la plus reproductible possible. Chaque fraise ou polissoir a été utilisé sur une durée équivalente et selon les recommandations du fabricant (vitesse et eau).

Traitement des données

Profilométrie : mesures et images

Le logiciel Gwyddion est utilisé en premier lieu pour traiter des données obtenues à l'aide du microscope et du logiciel Vision. À partir du profil primaire, le but est de séparer les écarts géométriques afin de pouvoir étudier la rugosité indépendamment de la forme et de l'ondulation de l'état de surface.

Gwyddion permet aussi de visualiser l'échantillon traité sous forme 3D, afin d'observer la topographie de l'état de surface de chaque plot.

Analyses statistiques

Les valeurs moyennes de Ra, pour les quatre céramiques étudiées, ont été analysées avant polissage puis après retouche et polissage à l'aide des différents kits, grâce à l'utilisation de statistiques descriptives et analytiques (logiciel SPSS, IBM). L'interprétation des résultats est basée sur l'analyse de 360 mesures.

Note : lors des tests statistiques Anova à 1 facteur et test HSD de Tukey, la valeur-p (p-value en anglais), c'est-à-dire la signification, a été fixée à 0,05.

Si p < 0,05 : il y a donc une très forte présomption contre l'hypothèse nulle. H1 = > 1 ≠  2

Si p > 0,05 : il n'y a pas de présomption contre l'hypothèse nulle. H0 = 1 = 2 = n (les 2 groupes ne sont pas significativement différents).

– Statistiques descriptives :

Un tableau synthétique des valeurs moyennes de Ra pour chaque céramique (tableau I) a été réalisé à partir des données compilées.

Ces valeurs moyennes ne représentent pas précisément l'étendue des valeurs mesurées, ce pourquoi elles doivent aussi être présentées sous forme de box-plots. En effet, cette présentation graphique des valeurs médianes et des quartiles permet d'exprimer la dispersion des mesures, pouvant être traduite cliniquement par une reproductibilité plus ou moins fiable du résultat (plus la boîte est « pincée », plus la technique est reproductible) (fig. 12).

Ces valeurs moyennes donnent une idée globale de l'impact des kits de polissage testés en fonction des différentes céramiques. Cependant, seules les études statistiques analytiques permettent de conclure à des différences significatives ou non.

 – Statistiques analytiques :

1. Comparaison statistique détaillée pour chaque céramique avant retouche et après retouche et polissage, selon les différents kits.

Pour chaque type de céramique étudiée, l'influence du type de polissage (laboratoire (sans retouches), kit 4637, kit OptraFine®) est évaluée à l'aide de test Anova univarié puis du test de Tukey. Le test Anova aboutit à la conclusion qu'au moins un des trois groupes d'Emax CAD glacée, classés selon le type de traitement de surface effectué, diffère significativement des autres. Les trois groupes n'appartiennent donc pas à une même population pour la variable observée (rugosité). L'hypothèse nulle est rejetée avec p-value < 10-3.

Le test de Tukey met en évidence que les échantillons Emax CAD glacée non retouchés et Emax CAD glacée retouchés et polis avec le kit 4637 ne sont pas significativement différents (p-value > 0,05 ; sig = 0,215). Au contraire, les échantillons non retouchés de cette même céramique, comparés aux échantillons retouchés avec le kit OptraFine®, montrent une différence statistiquement significative (p-value < 0,05).

En conclusion, le kit Komet® permet de retrouver pour l'Emax CAD glacée, après retouche et polissage, un état de surface proche de celui de départ, tandis que le kit OptraFine® est moins efficace et ne permet pas de retrouver cet état de surface. Il est toutefois possible de noter que, quel que soit le kit, l'état de surface est moins lisse après retouche et polissage.

2. Comparaison statistique détaillée de l'état de surface pour chaque céramique.

Dans cette comparaison, il s'agit de comparer, pour un même kit de polissage, l'état de surface des quatre céramiques testées.

Le test Anova aboutit à la conclusion qu'au moins un des quatre échantillons, parmi les quatre types de céramiques étudiés et retouchés avec le kit OptraFine®, diffère significativement. Les quatre groupes n'appartiennent donc pas à une même population pour la variable observée (rugosité).

Le test de Tukey met quant à lui en évidence des différences significatives entre Emax Press polie/glacée et Emax Press glacée, ainsi qu'entre Emax Press glacée et Emax CAD glacée (p-value > 0,05).

En conclusion, en cas d'utilisation du kit de polissage OptraFine (Ivoclar Vivadent®), il est préférable d'utiliser une céramique Emax CAD glacée ou une Emax Press polie/glacée plutôt qu'une céramique Emax Press uniquement glacée.

Conclusion

Dans les limites de l'étude, les mesures et l'analyse des statistiques descriptives puis analytiques permettent de poser un certain nombre de constatations :

– avant toute retouche, la zircone glacée est la céramique la plus lisse, donc celle qui est susceptible d'engendrer le moins d'abrasion antagoniste ;

– avant retouche, la céramique Emax Press polie puis glacée au laboratoire est plus lisse que la céramique Emax uniquement glacée ;

– après retouche et polissage, quels que soient le kit et le type de céramique, l'état de surface est plus rugueux, excepté pour Emax Press LT glacée et polie avec le kit Komet® ;

– après retouche, la zircone est la céramique la moins lisse, quel que soit le kit testé, à l'exception de l'Emax Press simplement glacée ;

– le kit OptraFine® est moins adapté au polissage des céramiques testées que le kit 4637, et ce, quel que soit le type de céramique ;

– après polissage à l'aide du kit 4637, la rugosité moyenne constatée est très proche pour les toutes les céramiques, zircone mise à part.

La signification clinique d'une telle étude se résume en quelques points forts :

– les retouches sur la zircone monolithique devraient être évitées, ce qui suppose un réglage occlusal parfaitement maîtrisé lors de l'usinage ou un retour systématique au laboratoire où seront effectués un recuit et un polissage ;

– la céramique Emax bénéficie pleinement d'un traitement par polissage avant d'être glacée, et ce que la surface soit retouchée ou non :

– enfin, la capacité de polissage des polissoirs du kit 4637 est effectivement plus adaptée à ces céramiques dures que ne l'est un kit de polissage conventionnel pour céramiques.

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Remerciements

Les auteurs remercient le Pr C. Gauthier pour la mise à disposition des instruments de la plateforme MINAMEC lors de ce travail.

Liens d'intérêts

Les auteurs déclarent n'avoir aucun lien d'intérêts concernant cet article.

Auteurs

Arnaud BLUNTZER – Docteur en chirurgie dentaire, Huningue (68)

Leandro JACOMINE – Ingénieur d'études
Institut Charles Sadron

Olivier ETIENNE – MCU-PH
Faculté de chirurgie dentaire Strasbourg
INSERM U-1121