Choisir sa céramique pour les restaurations unitaires postérieures en CFAO

La CFAO est aujourd’hui installée dans le quotidien des praticiens et prothésistes principalement via la mise en forme soustractive. Les céramiques présentent différentes caractéristiques selon leur indication. Le matériau nécessaire pour la mise en place d’une facette sur une incisive centrale n’est pas le même que celui pour un onlay sur prémolaire. Bien que l’indication des couronnes en première intention soit considérablement limitée au profit de restaurations moins iatrogènes, celles-ci restent destinées au remplacement de couronnes déficientes et aux dents conservables sur arcade dont l’état résiduel est insuffisant pour le collage. Ainsi, la réalisation d’une couronne postérieure - peu visible - impose des propriétés mécaniques élevées et tolère des propriétés optiques moins biomimétiques alors qu’un onlay sur une première prémolaire plus visible nécessite l’utilisation de matériaux cosmétiques. Cette diversité de fonctions explique la multitude de céramiques disponibles qui répondent à des exigences esthétiques et mécaniques variables selon la position de la dent et le type de restauration à réaliser [¹].

Le cahier des charges d’une céramique idéale impose d’être biocompatible et biomimétique. Elle doit présenter une dureté similaire à celle de l’émail naturel humain et un ensemble de propriétés suffisantes pour résister aux contraintes masticatoires ainsi qu’aux variations thermiques et chimiques du milieu environnant. Son épaisseur doit être la plus fine possible pour préserver les tissus dentaires résiduels et elle ne doit pas être soluble chimiquement. Enfin, la céramique doit réagir aux traitements de surface pour être collée ou scellée à la préparation avec un matériau d’assemblage. Une variation de la composition et de la microstructure des céramiques permet de répondre à ces exigences [²]. Il existe plusieurs classifications des céramiques selon la composition chimique, la microstructure, le procédé de mise en forme ou encore les indications [³, ⁴]. Les céramiques évoluent rapidement. En 2017, 4 compositions chimiques de céramiques et 3 types de structures peuvent être mis en forme par usinage [⁵] (^{tableau 1}). Cet article fournit une synthèse des céramiques disponibles actuellement, des céramiques commercialisées en 2017 et propose une mise en relation globale des compositions avec leurs indications cliniques.

Céramiques disponibles en CFAO par usinage

L’usinage est une technique soustractive de mise en forme de céramique (blocs) assistée par ordinateur (FAO) suivant 3 ou 5 axes selon les contraintes de forme.

La machine-outil Lasermill (Dental Wings) permet la fabrication assistée par ordinateur soustractive par ablation au laser CO₂ [⁶]. Celle-ci impose une longueur d’onde variable selon le type de matériau et n’est aujourd’hui uniquement disponible que pour les feldspathiques renforcées monochromatiques. À l’inverse, l’ensemble des céramiques de restauration peut être mis en forme par usinage. Celles-ci peuvent être polychromatiques et usinées entièrement densifiées ou cristallisées, ce qui provoque une importante usure du consommable (fraises d’usinage). Les céramiques partiellement densifiées ou cristallisées limitent cet effet, diminuent le temps d’usinage mais nécessitent un traitement thermique a posteriori. De plus, une anticipation du taux de retrait consécutif à la densification du matériau lors du traitement thermique est primordiale pour assurer un ajustage à la préparation. Seule la vitrocéramique non renforcée impose, par sa microstructure singulière, la commercialisation des blocs à usiner dans un état partiellement cristallisé pour limiter le risque de fracture lors de la mise en forme.

Feldspathiques renforcées

La CFAO a permis le développement des feldspathiques renforcées. Les céramiques composées de leucite dopée aux oxydes de rubidium et de césium sont disponibles soit par pressage à chaud (IPS Empress® Press, Ivoclar Vivadent), soit par usinage (IPS Empress® CAD) sans modification de leur composition et de leurs indications [⁷, ⁸]. Celles-ci présentent un taux cristallin de 45 % en volume majoritairement composé de leucite stabilisée sous forme cubique (RbAlSi₂O₆ et CsAlSi₂O₆) [⁹, ¹⁰]. Cette composition permet d’optimiser les propriétés mécaniques et augmente l’usinabilité de la restauration [⁷, ¹¹, ¹²]. Le faible coefficient de dilatation thermique des cristaux cubiques de leucite limite l’apparition de microfissures dans la phase vitreuse [¹³, ¹⁴]. Cependant, ces propriétés mécaniques sont limitées par la prépondérance de la phase vitreuse [⁹]. De plus, l’augmentation du taux cristallin entraîne une diminution des propriétés optiques globales comparées à celles d’une céramique feldspathique cosmétique.

D’autres feldspathiques renforcées peuvent uniquement être mises en forme par technique soustractive [⁹, ¹⁰, ¹⁵]. Les cristaux de ces aluminosilicates modifiées sont principalement composés de sanidine à 35 % en volume (KAlSi³ O⁸) (VitaMark II, Vita Zahnfabrik). L’adjonction d’oxyde de potassium (KO₂) aux minéraux de feldspath, feldspathoïde et quartz permet une augmentation des propriétés mécaniques par l’apparition de gros grains de sanidine (2 à 10 µm) [⁹, ¹⁶]. Cependant, ces gros grains limitent la translucidité et l’usinabilité des restaurations. De plus, le coefficient de dilatation thermique de la sanidine, plus élevé que celui de la phase vitreuse, peut être à l’origine de micro-fissures. Selon Charlton et al. [¹⁷], les blocs IPS Empress® CAD montrent une résistance à la rupture en flexion 3 points de 137,51 ± 23,34 MPa et une translucidité plus élevée que les blocs Vitablocs Mark II avec 94,08 ± 14,21 MPa.

Disilicates de lithium non renforcés

Actuellement, les vitrocéramiques de disilicate de lithium (IPS e.max®, Ivoclar Vivadent) sont les céramiques dentaires les plus présentes sur le marché [⁹]. Elles sont issues de la cristallisation d’un verre précurseur de SiO₂-Li₂O en disilicate de lithium (Li₂Si₂O₅) et de métasilicate de lithium (Li₂SiO₃) en plus faible quantité [⁹, ¹⁸]. Les cristaux représentent environ 70 % du volume de la vitrocéramique [¹⁹]. La microstructure en plaquette des cristaux de disilicate de lithium impose une mise en forme des blocs dans un état partiellement cristallisé de métasilicate de lithium à 40 % en volume [²⁰]. La microstructure finale du matériau est régulée par un traitement thermique [⁸].

La compatibilité entre la phase vitreuse et les cristaux permet l’obtention d’une forte translucidité. De plus, l’orientation aléatoire des cristaux de 0,5 à 5 µm sous forme de plaques et la faible porosité résiduelle (environ 1 %) permettent d’augmenter les propriétés mécaniques comparativement aux feldspathiques renforcées [⁸]. Après usinage, un traitement thermique permet l’obtention des caractéristiques optiques et mécaniques de la restauration. Selon Alkadi et Ruse [²¹], l’usinage de bloc de céramique entraîne une diminution de la ténacité et de la reproductibilité (1,79 ± 0,26 MPa.m1/2) par rapport au pressage à chaud (2,5 ± 0,31 MPa.m1/2).

Disilicates de lithium renforcés

Depuis 2013, les céramiques de disilicate de lithium peuvent être renforcées par l’adjonction d’oxyde de zirconium jusqu’à 10 % en poids dans le verre précurseur [²⁰]. Celui-ci limite le grossissement de grains de disilicate de lithium (0,5 à 0,7 µm) lors du traitement thermique [²², ²³]. Les blocs sont commercialisés dans un état totalement (Celtra Duo, Dentsply) ou partiellement cristallisé (Suprinity PC, Vita Zahnfabrik). Ces derniers nécessitent un traitement thermique supplémentaire.

En fonction des fabricants, ces vitrocéramiques renforcées présentent des plus petits grains que les vitrocéramiques non renforcées et assurent donc une meilleure transmission de la lumière. Cependant, ces céramiques nécessitent impérativement un polissage, un maquillage et un glaçage pour obtenir des propriétés mécaniques suffisantes aux exigences cliniques et similaires à celles des vitrocéramiques non renforcées. De plus, une incompatibilité thermique entre les cristaux et la phase vitreuse contenant de l’oxyde de zirconium entraîne un stress résiduel à l’origine de micro-fissures lors du refroidissement [²⁴]. Ces défauts dans la structure diminuent la reproductibilité des propriétés mécaniques.

Feldspathiques renforcées imprégnées de résine

Aujourd’hui, seul l’Enamic® (Vita Zahnfabrik) présentent une phase vitreuse partiellement cristallisée et imprégnée par un polymère. Il est composé à 75 % d’une céramique d’aluminosilicate à base de leucite et renforcée à la zircone [²⁵]. Il est secondairement imprégné par du triéthylèneglycol-diméthacrylate (TEGDMA) et par de l’uréthane diméthacrylate (UDMA). Cette céramique densifiée au préalable ne nécessite pas de traitement thermique après l’usinage. De plus, l’infiltration résineuse permet de réduire le risque de fracture lors de la mise en forme et permet ainsi la fabrication de pièces pelliculaires (de 0,5 à 1,5 mm) contrairement aux blocs usinés de vitrocéramiques et de céramiques feldspathiques et polycristallines [²⁶].

Cette céramique composite bénéficie de l’avantage des 2 matériaux pris séparément : le module d’élasticité, la résistance à la rupture en flexion et la ténacité de la résine ainsi que la dureté de la céramique [²⁶]. Depuis récemment, cette céramique est disponible en monochromatique ou polychromatique. Ces restaurations présentent une résistance à la rupture en flexion de 160 MPa et doivent impérativement être collées selon les normes en vigueurs (ISO 5872:2008). La dureté de cette céramique est comprise entre celle de l’émail et celle de la dentine. Ainsi, en situation de bruxisme, l’usure des dents antagonistes sera limitée [²⁶]. Ceci est associé à la possibilité de déformation viscoélastique de la céramique [²⁷].

Céramiques à base d’oxyde de zirconium

La zircone partiellement stabilisée à l’yttrium (3Y-TZP) est la céramique polycristalline la plus couramment utilisée en chirurgie dentaire [²⁸]. Ces blocs sont le plus souvent partiellement densifiés à 70 % pour faciliter leur usinage. Un code barre sur le bloc de céramique informe de la densité réelle et permet ainsi d’anticiper le retrait de la céramique qui se produit lors de la densification.

Le dopage de la zircone à l’yttrium permet de stabiliser la céramique lorsque la température varie [²⁸]. En effet, les mailles de la zircone sont monocliniques sous 1 170 °C, quadratiques entre 1 170 °C et 2 370 °C et cubiques au-delà de 2 370 °C. Lors du refroidissement de la céramique, une transformation martensitique vers la forme monoclinique se produit, ce qui provoque une expansion de 3 à 4 % en volume et engendre d’importantes contraintes au sein de la céramique. L’ajout de 3 à 5 % d’oxyde d’yttrium (Y₂O₃) permet de stabiliser partiellement la structure sous forme quadratique (TZP) [²⁸] et ainsi de pallier ces limites.

Le principal avantage de la zircone est sa capacité de « renforcement par transformation de phase ». En effet, la propagation d’une fissure transmet de l’énergie à la céramique. Celle-ci permet la transformation martensitique des structures quadratiques de la zircone vers des structures monocliniques plus volumineuses de 3 à 5 %.

L’augmentation de la taille des grains associée à des contraintes de compression limite ainsi la propagation de la fissure et augmente la ténacité [²⁹].

Quelle céramique choisir ?

Comme vu précédemment, la composition et la microstructure influencent les propriétés optiques et mécaniques de la céramique. Ainsi, le choix de la céramique varie selon l’exigence de la situation clinique.

• Les feldspathiques renforcées sont indiquées pour les restaurations partielles (inlay, onlay) [³⁰] (^fig. 1). Aujourd’hui, la fréquence d’utilisation de ces céramiques décroît depuis l’apparition des disilicates de lithium aux meilleures propriétés optiques et mécaniques [¹⁵].

• La vitrocéramique de disilicate de lithium non renforcée peut être utilisée pour la réalisation de restaurations partielles ou de couronnes unitaires (^fig. 1 à ⁵). Celle-ci est particulièrement indiquée si les dents voisines sont très translucides et peu lumineuses. La stratification par recouvrement d’une céramique cosmétique permet d’assurer l’esthétique de la restauration [³⁰].

Les vitrocéramiques sont disponibles avec différentes translucidités (IPS e.max® press LT et HT) et opalescences (Press Impulse). Ces variations de translucidité sont obtenues par différents états de pré-cristallisation. Les céramiques de haute translucidité présentent une faible densité de gros cristaux à l’état partiellement cristallisé, tandis que les blocs de faible translucidité présentent une forte densité de petits cristaux. La dyschromie de la préparation dentaire ou d’une restauration intra-radiculaire coulée en alliage métallique peut être limitée par l’utilisation de céramiques de forte ou de moyenne opacité (IPS e.max Press HO, MO, Ivoclar Vivadent). Cependant, ces blocs présentent de faibles propriétés optiques et peuvent alors nécessiter un recouvrement par une céramique cosmétique.

Des blocs à usiner de céramique cosmétique sont disponibles : Cerec Block 40 PC pour les feldspathiques renforcées et Vita IPS e.max® CAD Veneering Solution pour les disilicates de lithium. Ces céramiques peuvent être usinées puis collées sur les infrastructures en zircone. Cependant, leur utilisation n’est pas recommandée en raison de l’interface supplémentaire et du risque de mauvais repositionnement.

• La vitrocéramique de disilicate de lithium renforcée présente une faible reproductibilité des propriétés mécaniques, ce qui limite son utilisation clinique.

• Les feldspathiques renforcées imprégnées de résine sont adaptées pour des approches minimales invasives de patients atteints de perte de substance d’origine non carieuse (usure et anomalies dentaires) et dont les facteurs de risque sont stabilisés (^fig. 1). Bien que la mise sur le marché de cette céramique soit récente et que le recul clinique soit faible, la pérennité des stabilités dimensionnelles et optiques des céramiques est assurée à 2 ans [³¹].

• La zircone présente des propriétés mécaniques élevées. Celles-ci peuvent être variables selon la microstructure pour répondre à la situation clinique. En effet, la zircone peut être utilisée pour des infrastructures de restaurations unitaires fortement dyschromiées, des couronnes « tout céramique » [²⁷, ³²] (^fig. 1 à ³). Aujourd’hui, les zircones de haute translucidité ou encore polychromatiques (Katana, Kuraray Noritake Dental Inc) sont commercialisées et présentent de plus faibles propriétés mécaniques que les zircones monochromatiques à faible translucidité, ce qui les indique pour les restaurations périphériques unitaires. Cependant, le biomimétisme optique des restaurations en zircone reste limité comparé aux aluminosilicates à faible taux cristallin [³³].

L’indication des restaurations en zircone reste débattue après 20 ans d’utilisation clinique. En effet, de nombreux cas de rupture de la céramique cosmétique de restaurations unitaires ou plurales ont été recensés lorsqu’une armature en zircone était réalisée. Afin d’éviter ces problèmes, la morphologie des armatures a été modifiée pour augmenter l’étendue de la zircone jusqu’au contact interdentaire [³⁴]. Aujourd’hui, des restaurations « tout-céramique » constituées uniquement de zircone sont réalisées pour réduire ce risque, le temps et le coût de fabrication. Cependant, cette indication reste controversée par le risque de « dégradation à basse température ». En effet, une transformation martensitique au contact de l’eau à long terme peut se produire et s’accompagne alors d’une augmentation de la taille des grains à l’origine de micro-fissures [³⁵]. Ces transformations sont les plus importantes pour les céramiques à haute translucidité et en multicouches dont la proportion de phase cubique est plus ou moins élevée. Les restaurations « tout-céramique » doivent donc impérativement être accompagnées d’un contrôle occlusal et d’un polissage régulier de la structure.

Aujourd’hui, la question de l’utilisation de la zircone en « tout-céramique » porte sur la cinétique du procédé de dégradation à basse température sous charge occlusale et son impact sur la pérennité des prothèses (sur 15 à 20 ans). À notre connaissance, aucune étude ne permet d’avoir ce recul in vivo. Les restaurations coronaires « tout-céramique » en zircone ne font pas l’objet d’une réglementation. La norme ISO 13356:2008 concerne uniquement les implants et impose une transformation martensitique maximale de 20 % à 134 °C et 2 bars durant 5 heures. Ces valeurs sont à nuancer car elles sont définies en laboratoire et ne tiennent pas compte des charges occlusales présentes dans la cavité buccale. Un protocole publié en 2016 considère ce paramètre pour l’évaluation des restaurations coronaires « tout-céramique » en zircone [³⁶]. Dans ce travail, Koenig et al. proposent l’évaluation de la transformation de phase par spectrométrie Raman des zones spécifiques de restaurations postérieures soumises ou non à la mastication.

Par ailleurs, la zircone présente des impératifs de collage. En effet, celle-ci peut uniquement être collée aux tissus dentaires par certaines colles à pouvoir d’adhésion (Panavia F5, Kuraray Dental) ou par l’intermédiaire d’un agent de couplage (Monobond, Sun Médical) composé de 10-méthacryloyloxydécyl dihydrogène-phosphate (10-MDP), ce qui limite ses indications [³⁸]. De plus, le collage des restaurations nécessite une préparation des surfaces par attaque acide ou sablage. L’absence d’une phase vitreuse rendant toute attaque acide impossible, le sablage de la zircone est alors recommandé par de l’alumine recouverte de silice à 0,3 MPa (CoJet, 3M ; SilJet, Danville) afin d’augmenter les valeurs d’adhésion par effet de la tribochimie [³⁷].

Enfin, le type d’assemblage varie selon le type de restauration. En effet, si le collage d’un élément périphérique est contre-indiqué, le praticien peut s’orienter vers un scellement auto-adhésif, plus approprié aux éléments périphériques en zircone.

À l’inverse, les restaurations partielles doivent être collées pour assurer un succès thérapeutique.

En résumé, les restaurations à recouvrement total peuvent être réalisées en zircone pour les molaires et en disilicate de lithium non renforcé pour les prémolaires sous une faible charge occlusale. Différents matériaux sont disponibles pour les restaurations partielles et varient selon la situation clinique. Seuls les table-tops avec leur fine épaisseur doivent impérativement être restaurées par des céramiques hybrides usinées ou par des disilicates de lithium non renforcé pressés à chaud.

Conclusion

De nombreuses céramiques sont commercialisées en chirurgie dentaire et leurs indications varient selon le protocole de collage, le type de dent, l’étendue de la perte de substance ou encore la couleur de la préparation. Il faut garder à l’esprit que l’utilisation de la céramique dépendra toujours de la motivation du patient concernant son hygiène bucco-dentaire et les forces occlusales qu’il est capable de générer. Ce travail constitue une aide théorique à la prise en charge mais ne doit en aucun cas se substituer au sens clinique du praticien.

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