DE102012018384A1

DE102012018384A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Applikation von Kompositen

Info

Publication number: DE102012018384A1
Application number: DE102012018384.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Gente; Simone Dudda
Original assignee: Ivoclar Vivadent AG
Current assignee: PHILIPPS-UNIVERSITAET MARBURG, DE
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-20
Also published as: US9883931B2; EP2897552A1; WO2014044711A1; US20150230900A1; CN105611895A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Applikation von Kompositen in Zahnkavitäten. Sie besteht aus einer Spritzpistole mit einer integrierten Beleuchtung für lichthärtbare Komposite, einer Messeinheit und einer Steuereinheit. Die Applikation dieser Komposite erfolgt unter gesteuerter, genau dosierter Bestrahlung mit Polymerisationslicht. Dabei fließt das Komposite zunächst an die Kavitätenwände oder auf schon eingebrachtes Füllmaterial und geht dann infolge der Beleuchtung in den Gel-Zustand über. So erfolgt ein großer Teil der Polymerisationsschrumpfung des Komposites, während das Komposite noch plastisch verformbar ist und deswegen durch Nachfließen eine Spaltbildung kompensiert wird. Erst dann erfolgt mit einer ausreichend hohen Lichtdosis die vollständige Aushärtung. Es handelt sich um eine Vorrichtung und ein Verfahren, die ein zeitsparendes Füllen von Kavitäten ohne Einsatz der zeitaufwändigen Schichttechnik mit zwischenzeitlichem Härten erlaubt und dabei sogar geringere Schrumpfungskräfte des Komposites auf die Kavitätenwände ausübt als sie bei der bekannten Schichttechnik auftreten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Applikation von lichthärtenden Kompositen (Füllungswerkstoffen, Zahnfüllungswerkstoffen, Kompositwerkstoffen) mit einer Spritzpistole, einer Lichtquelle, einer Messeinheit und einer Steuereinheit, sowie ein Verfahren zur Applikation von lichthärtenden Kompositen unter Verwendung dieser Vorrichtung.
Definitionen und Abkürzungen

Erhärtung: Übergang des noch plastischen oder fließfähigen Komposites in einen starren Zustand, in welchem es Kaubelastungen standhalten kann.
Karpule: Mit Komposit gefüllter, handelsüblicher Behälter, aus dem mit einem Stempel das Komposit ausgedrückt werden kann. Die Karpule kann mit einem kurzen oder längeren Ausspritzrohr versehen sein.
Kavität, Zahnkavität: Hohlraum in der Zahnkrone, der zur Mundhöhle hin offen ist.
Kavitätenwand, Zahnkavitätenwand: Zahnhartsubstanz, die den Hohlraum einer Kavität begrenzt.
Komposit, Zahnfüllungswerkstoff, Füllungswerkstoff, Kompositwerkstoff: Material, das zur Füllung von Zahnkavitäten dient und diese dauerhaft dicht verschließt.
Messeinheit: Vorrichtung zum Messen der pro Zeiteinheit applizierten Menge von Komposite.
Steuereinheit: Vorrichtung zur Steuerung der Lichtstärke der erfindungsgemäßen Lichtquelle in Abhängigkeit zur Menge des pro Zeiteinheit applizierten Komposites. Die Steuereinheit verarbeitet die Daten der Messeinheit und steuert die Lichtstärke der Lichtquelle.
Zugspannung: Mechanische Spannung, die an der Kontaktfläche zwischen der Kavitätenwand und dem Komposite die dort bestehende Verklebung belastet und bei Überschreiten der Festigkeit der Klebung diese zerstören kann.

Beschreibung des allgemeinen Gebietes der Erfindung
In der restaurativen und präventiven Zahnheilkunde ist die Füllung von Zahnkavitäten, Zahndefekten oder Zahnwurzelkanälen von besonderer Bedeutung. Als Füllungswerkstoffe werden neben einer Vielzahl von unterschiedlichen Werkstoffen (beispielsweise Guttapercha, Amalgam, Gold) auch Komposite verwendet. Das sind Mischungen aus einer polymerisierbaren Kunststoffmatrix mit organischen und anorganischen Füllstoffen. Die Polymerisation dieser Komposite wird durch Bestrahlung mit sichtbarem blauem oder ultraviolettem Licht ausgelöst, nachdem die Komposite in die Kavität appliziert wurden. Das derzeit übliche Verfahren besteht also darin, erst das Komposite in die Kavität zu applizieren und anschließend durch Lichtbestrahlung das Komposite zu härten.
Alle Komposite neigen durch ihr Schrumpfungsverhalten beim Aushärten zu Spaltbildungen, sodass im Fall einer Spaltbildung keine hermetische Versiegelung der Zahnkavität erreicht wird. Durch diese fehlende hermetische Versiegelung der Zahnkavität ist eine bakterielle Besiedlung der Spalträume möglich und dadurch können eine neue Karies und Schmerzen verursacht werden.
Stand der Technik
Alle bekannten lichthärtbaren Komposite weisen den Nachteil auf, dass sie bei der Erhärtung schrumpfen. Werden die Komposite mit der Wandung der Kavität verklebt, dann steht diese Verbindung nach der Erhärtung unter Zugspannung. Ist diese Zugspannung so groß, dass sie die Festigkeit der Klebung überschreitet, dann reißt die Klebung auf und es entsteht ein Spalt zwischen Füllung und Zahn.
Es gibt zwei grundsätzliche Lösungsansätze, um die Schrumpfung des applizierten Komposites während und nach der Härtung zu verringern: Einerseits indem das Komposite langsamer bzw. schichtweise appliziert wird, andererseits indem die chemische Zusammensetzung des Komposites verändert wird. Beide Ansätze sind mit deutlichen Nachteilen behaftet:
Ein bekanntes Verfahren zur Verringerung der Zugspannung von lichthärtbaren Kompositen besteht darin, die Komposite nacheinander in kleinen Portionen (mit Schichtstärken von ca. 1,0 bis 2,0 mm Dicke) in die zu füllende Kavität einzubringen und jede Portion separat durch Lichtbestrahlung zu härten. Jede neue Portion kann erst dann appliziert werden, wenn die vorherige Portion ausgehärtet ist. Dieses Verfahren ist sehr arbeitsaufwändig und zeitraubend. Der betreffende Patient muss lange in der für ihn unangenehmen Lage auf dem Behandlungsstuhl ausharren und eine bakterielle Kontamination der noch nicht fertig gefüllten Kavität ist umso wahrscheinlicher, je länger die Füllung der Kavität dauert.
Durch die Verwendung besonders lichtempfindlicher und lichtdurchlässiger Komposite sind Schichtstärken bis zu 4,0 mm möglich. Damit kann die Füllung einer Kavität zwar schneller abgeschlossen werden, allerdings entstehen bei der Aushärtung umso größere Spannungen, je größer die Schichtstärke ist.
Bei dem zweiten Ansatz zur Verringerung der Schrumpfung während und nach der Härtung des applizierten Komposites werden die Zahl bzw. Dichte der beim Polymerisieren sich ausbildenden neuen Bindungen zwischen den Monomermolekülen reduziert, so dass die Polymerisationsschrumpfung insgesamt reduziert wird. Dieses Verfahren leidet jedoch an dem erheblichen Mangel, dass die Festigkeit des Komposites wegen der reduzierten Zahl der chemischen Bindungen ebenfalls deutlich nachlässt. Eine andere Lösung besteht darin, dass bei der Polymerisationsreaktion neben der Bildung neuer Bindungen andere Bindungen von Ringmolekülen geöffnet werden, so dass neben der polymerisationsbedingten Schrumpfung auch eine Expansion des Komposites stattfindet, mit der eine teilweise Kompensation der Schrumpfung gelingt. Diese chemisch veränderten Komposite leiden unter dem Nachteil, dass sie sich nur mit speziellen Haftvermittlern mit der Kavitätenwand verkleben lassen und haben sich deswegen nicht durchgesetzt.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Applikation von Kompositen zur Verfügung zu stellen, durch die sowohl eine zeitsparende Verarbeitung von lichthärtbaren Kompositen möglich ist als auch die Spaltbildung des Komposites während des Aushärtens bei der Füllung von Zahnkavitäten zuverlässig verhindert wird.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Anspruch 1. Auf die in den Unteransprüchen angegebenen Ausführungsmöglichkeiten wird Bezug genommen.
In umfangreichen Untersuchungen zur Entstehung der Spannungen bei der Aushärtung von Kompositen wurde festgestellt, dass ein großer Teil der Schrumpfung, welche maßgeblich für die Entstehung von Spannungen verantwortlich ist, vor der vollständigen Verfestigung des Komposites stattfindet. Die Polymerisation des Komposites überführt das zunächst plastische bzw. fließfähige Komposit in eine noch leicht verformbare gelartige Konsistenz, die sogenannte Gel-Phase. Dieser Teil der Schrumpfung wird bei einer aus dünnen Schichten aufgebauten Füllung in einer Kavität nicht wirksam, da bei der Polymerisation einer dünnen Schicht diese zunächst auf ganzer Dicke in die Gelphase übergeht, die für sich alleine keine Spannungen aufbauen kann und dann erst vollständig erhärtet.
Der zweite Teil der Schrumpfung, die sog. Post-Gel-Schrumpfung findet statt, während das Komposite bereits fest ist und macht den kleineren Teil der gesamten Schrumpfung aus. Dieser Teil der Schrumpfung ist nicht vermeidbar und trägt daher immer zur Spannungsbildung bei.
Bei dicken Schichten, d. h. wenn das Komposite auf herkömmliche Weise in einem Zug appliziert wird, treten Gel- und Post-Gel-Schrumpfung nebeneinander auf: Während die der Polymerisationslampe zugewandte Oberseite der dicken Schicht schon vollständig erhärtet ist, liegt darunter noch eine Schicht, die wegen der Lichtabsorption des Komposites sich erst in der Gel-Phase befindet. Da die Oberfläche der dicken Schicht jetzt schon fest ist, kann kein Kompositematerial nachfließen und die Schrumpfung der Gel-Phase ausgleichen: Es entstehen hohe Schrumpfungsspannungen, weil sich die Schrumpfungen der Gel- und der Post-Gelphase addieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, bereits während des Einbringens der Komposite in die Kavität schon so viel Licht zuzuführen, so dass das Komposite an die Kavitätenwände anfließt und unmittelbar danach die Gel-Schrumpfung ausgelöst wird, so dass die Gel-Schrumpfung schon erfolgt ist, bevor das Komposite anschließend durch eine Polymerisationslampe endgehärtet wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Lichtstärke bereits während der Applikation des Komposites so zu steuern, dass bei schnellerer Applikation (d. h. bei der Applikation einer größeren Menge von Komposite pro Zeiteinheit) die Lichtstärke vergrößert wird und bei einer langsameren Applikation (d. h. bei der Applikation einer kleineren Menge von Komposite pro Zeiteinheit) die Lichtstärke verkleinert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Kombination von einer Spritzpistole, die dazu dient, das Komposite aus einem geeigneten Vorratsbehälter, beispielsweise einer handelsüblichen Karpule, herauszudrücken (vorzugsweise durch das Ausspritzrohr der Karpule) und einer geeigneten Lichtquelle, beispielsweise einer Leuchtdiode. Die Lichtquelle muss eine geeignete Lichtintensität und spektrale Verteilung der Lichtwellenlänge aufweisen, die geeignet ist, die erste Phase der Härtung des Komposites (und damit die Gel-Schrumpfung des Komposites) auszulösen, während gleichzeitig das Komposite in die Kavität eingebracht wird. Mittels einer geeigneten Vorrichtung (die erfindungsgemäße Messeinheit) wird die Menge des applizierten Komposites pro Zeiteinheit gemessen und als Messwert an die erfindungsgemäße Steuereinheit übermittelt. Die Steuereinheit verwendet diesen Messwert zur Regulierung der Lichtstärke der Lichtquelle. Vorzugsweise wird als Messeinheit ein Potentiometer, besonders bevorzugt eine Schiebepotentiometer verwendet.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle strahlt bereits während der Füllung der Kavität mit Komposite in Abhängigkeit von der Menge des applizierten Komposites pro Zeiteinheit. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Lichtquelle noch nach der erfolgten Füllung der Kavität mit Komposite weiterstrahlen, um die Endhärtung des Komposites zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Lichtquelle kann bereits während der Füllung der Kavität mit Komposite vorteilhaft Lichtfarben abstrahlen, die nicht zur Härtung des Komposites beitragen. Vorzugsweise werden Lichtfarben verwendet, die für das menschliche Auge wahrnehmbar sind und es dem Behandler (Zahnarzt) ermöglichen, eine bessere Übersicht über das Behandlungsfeld (Kavität, Zahn und dessen Umgebung) zu gewinnen. Vorteilhaft lassen sich diese Lichtfarben unabhängig von der Kompositeapplikation ein- und ausschalten.
Die Stromversorgung der Lichtquelle kann über eine oder mehrere Batterien oder Akkumulatoren oder auch über einen Anschluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung an das Stromnetz hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Applikation des Komposites erfordert, dass dieses im unbelichteten Zustand eine gewisse Fließfähigkeit aufweist, damit beim Auffüllen der Kavität das Komposite in Kontakt zu den Kavitätenwänden tritt und so mit der Zahnhartsubstanz verklebt. Für Komposite, die im unbelichteten Zustand so zäh sind, dass sie diese Anforderung nicht erfüllen, ist es vorteilhaft, die Karpule oder das Ausspritzrohr der Karpule oder das Komposite selber mit einem geeigneten Schallgenerator in Schwingungen zu versetzen, die das Komposite verflüssigen. Je nach Material der Karpule bzw. des Ausspritzrohres der Karpule und je nach dem verwendeten Komposite können dafür hörbare Schall- oder auch Ultraschallschwingungen eingesetzt werden.
Beispiele einer technischen Ausführung
In der Nähe des Ausspritzrohres der Karpule (1) wird eine Lichtquelle (2), beispielsweise in Form einer Leuchtdiode, angebracht. Die Lichtquelle kann fest oder lösbar angebracht werden. Ist die Lichtquelle lösbar angebracht, dann kann sie zur Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgenommen werden. Durch Betätigen des Hebelmechanismus (10) der Spritzpistole (3) wird das Komposit (4) aus der Karpule (5) in die Kavität (6) des betroffenen Zahnes (7) eingebracht. Dabei wird die Messeinheit (8) aktiviert, beispielsweise indem der Schieber eines Schiebepotentiometers bewegt wird, wodurch sich der Widerstand des Potentiometers ändert. Diese Änderung wird in der Steuereinheit (9) registriert und in einen Stromfluss durch die Lichtquelle (2) umgesetzt, und zwar derart, dass bei einer schnellen Bewegung des Hebelmechanismus (10) ein größerer Strom erzeugt wird als bei einer langsamen Bewegung, so dass die Lichtquelle bei schneller Bewegung ein helleres Licht in die Kavität wirft als bei langsamer Bewegung derselben. Es ist eine genaue Dosierung der Lichtdosis erforderlich, und zwar in Abhängigkeit von der Menge des applizierten Komposites pro Zeiteinheit. Eine zu hohe Lichtdosis verhindert durch sofortiges Gelieren des Komposites das Anfließen an die Kavitätenwand, eine zu kleine Lichtdosis kann den Gelierprozess nicht auslösen.
Besonders vorteilhaft ist es, die pro Zeiteinheit applizierte Menge des Komposites in der beschriebenen Weise zu messen und die an der Spritzpistole angebrachte Lichtquelle damit zu steuern. Dabei kann die Lichtquelle eine Leuchtdiode sein, die in räumlicher Nähe zu dem Ausspritzrohr der Karpule angebracht ist. Die Lichtquelle kann auch an anderer beliebiger Stelle an der Spritzpistole platziert sein und das Licht über einen Lichtleiter in die Kavität eingestrahlt werden. Möglich ist auch eine Integration der Lichtquelle in die Karpule selbst oder die Integration eines oder mehrerer Lichtleiter in die Karpule, die Licht aus der Lichtquelle aufnehmen und in der Nähe der Ausspritzöffnung in die Kavität abstrahlen. Die Lichtquelle muss über Kontakte oder andere geeignete optische oder elektrische Verbindungen zur Steuereinheit verfügen, damit die Lichtquelle von der Steuereinheit angesteuert werden kann. Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit ist in den 2 und 3 angegeben. In 2 ist das Schaltbild der Stromversorgung, die beispielsweise über zwei 9-Volt Batterien erfolgt und der eine Spannungsstabilisierung auf bevorzugt +5 Volt und –5 Volt nachgeschaltet ist, dargestellt. Das Blockschaltbild der Steuereinheit (2) zeigt ein Potentiometer, das die Stellung des Hebelmechanismus (10) der handelsüblichen Spritzpistole (3) angibt. Das als Spannungsteiler geschaltete Potentiometer (3) gibt an seinem Schleifer eine dem Füllstand der Karpule proportionale Spannung aus. Diese Spannung wird über einen Tiefpass geleitet und gepuffert. Nachgeschaltet ist ein Differenzierglied, das die Spannung über die Zeit differenziert. Diese Spannung ist also dem Fluss des Komposites (Volumen Komposit pro Zeiteinheit) in die Kavität proportional. Nachgeschaltet ist ein Spannungs-Strom-Wandler, der die Lichtquelle (2) mit einem zu dieser Spannung proportionalen Strom versorgt. Der Proportionalitätsfaktor k des Differentiators ist in Stufen an einem Schalter einstellbar, so dass die für das jeweilige Komposit optimale Lichtintensität bezogen auf den Fluss des Komposites in die Kavität eingestellt werden kann.
Die Details des Schaltbildes sind in 3 angegeben.

Experimente mit zwei handelsüblichen fließfähigen Füllungswerkstoffen (Komposite) mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben gezeigt, dass bei geeigneter Lichtbestrahlung während des Einfüllens des Komposites in die Kavität deutlich geringere Zugspannungen erzeugt werden als mit der herkömmlichen Schichttechnik (Tabelle 1). Tabelle 1:

Material	Verarbeitung nach Herstellerangabe (Material in einem Zuge eingebracht, anschließend gehärtet)	Verarbeitung in 3 Schichten (Schicht- bzw. Inkrementtechnik, jede Schicht einzeln gehärtet)	Verarbeitung erfindungsgemäß
SDR (Fa. Dentsply)	6,3 MPa	5,2 MPa	3,3 MPa
x-tra base (Fa. VOCO)	8,9 MPa	7,3 MPa	7,0 MPa

Von besonderem Vorteil ist, dass bei dieser Art der Kompositverarbeitung der Behandler (Zahnarzt) unter guten Lichtverhältnissen das Komposit in die Kavität einbringen kann. Während bei Anwendung der Schichttechnik in der Regel das Arbeitsfeld nur spärlich beleuchtet werden darf, um einer vorzeitigen Aushärtung des Komposites vorzubeugen, wird hier gezielt so viel Licht zugeführt, dass das Komposit in den Gel-Zustand übergeht und nicht mehr wegfließen kann. Man kann daher auch die Lichtquelle vorteilhaft so gestalten, dass sie nicht nur blaues, zur Polymerisation geeignetes Licht ausstrahlt, sondern beispielsweise weißes Licht mit hohem Blauanteil, wie es handelsübliche weiße Leuchtdioden aussenden.
Dann ist ein Füllen der Kavität unter guter, blendfreier Ausleuchtung möglich.
Bezugszeichenliste

1: Ausspritzrohr einer Karpule
2: Lichtquelle
3: Spritzpistole
4: Komposit
5: Karpule
6: Kavität
7: Zahn
8: Messeinheit, beispielsweise ein Schiebepotentiometer
9: Steuereinheit
10: Hebelmechanismus
11: Halterung der Lichtquelle
12: Stromverbindung Steuereinheit-Lichtquelle
13: Stromverbindung Messeinheit-Steuereinheit

Claims

Vorrichtung zur Applikation von pastösen und/oder fließfähigen lichthärtbaren Kompositen, bestehend aus einer Spritzpistole dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinheit, eine Lichtquelle und eine Steuereinheit aufweist, wobei die Lichtquelle mit der Spritzpistole fest oder lösbar verbunden ist und bereits während des Einfüllens des Komposites in die Kavität ein Licht abstrahlt, welches geeignet ist, das Komposite bereits während der Applikation in den Gel-Zustand zu überführen oder vollständig zu härten und wobei die Messeinheit die Menge des applizierten Komposites pro Zeiteinheit misst und die Steuereinheit mittels der von der Messeinheit ermittelten Daten die Lichtdosis des Lichtquelle steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsvorrichtung mit einer Schallquelle versehen worden ist, so dass sich pastöse Komposite durch Schalleinwirkung verflüssigen und so leichter verarbeiten lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle aus einer oder mehreren Leuchtdioden besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle auch Lichtfarben abstrahlt, die nicht zur Härtung des Komposites beitragen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lichtfarben, die nicht zur Härtung des Komposites beitragen, unabhängig von der Kompositeapplikation einschalten lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle von der Steuereinheit in ihrer Leistung so gesteuert wird, dass bei schnellerer Abgabe von Komposite in die Kavität die Lichtleistung erhöht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die abgestrahlte Lichtleistung annähernd proportional zur Fließmenge des Komposites in die Kavität geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Lichtes durch einen Schalter oder Regler auf die Eigenschaften des Komposites abgestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleistung der Lichtquelle durch einen Schalter, Taster oder eine andere geeignete Steuerung in ihrer Leistung so hoch eingestellt werden kann, dass sie eine vollständige Erhärtung des Komposites ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle zusammen mit der Karpule, die das Komposite enthält, eine Einheit bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle von einer oder mehreren Leuchtdioden gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationsvorrichtung, die Messeinheit und die Lichtquelle sowie die Steuereinheit alle zu einem Gerät zusammengefasst sind.
Verfahren zur Applikation von pastösen und/oder fließfähigen lichthärtbaren Kompositen unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einfüllens des Komposites in die Kavität ein Licht abgestrahlt wird, welches geeignet ist, das Komposite in den Gel-Zustand zu überführen oder vollständig zu härten.