Brevet FR2726999A1 — publié le 19960524

Reconstitutions corono-radiculaires en matériau composite à gradient de module d'élasticité.. La présente invention conceme un ensemble de reconstitution coronoradiculaire et son moyen de réalisation, comprenant un tenon d'ancrage dentaire physiologique en matériau composite et une reconstitution coronaire également en matériau composite, intimement liée au tenon et s'appliquant sans hiatus sur le modèle de laboratoire reproduisant la partie saine résiduelle de la dent. En dentisterie, pour les reconstitutions coronowadiculaires, il est généralement fait appel à des tenons en alliages métalliques divers, coulés en technique indirecte ou préfabriqués. L'usage des métaux présente de multiples inconvénients, tels que des phénomènes de corrosion électrochimique et d'oxydation ou d essaimage dans l'organisme d'ions métalliques. L'usage des métaux non précieux est d'ailleurs proscrit dans certains pays. Lorsque la reconstitution coronaire 1 est coulée au laboratoire en même temps que le tenon 4, la reconstitution corono-radiculaire est homog8ne, puisque constituée en totalité de métal, mais l'ensemble possède un comportement mécanique très éloigné de celui de la dent naturelle conduisant à des fractures radiculaires des dents reconstituées. Lorsque le tenon métallique 4 est préfabriqué (produits catalogues), la reconstitution 1 est élaborée à partir de résines chargées de particules diverses ( composite dentaire) ou de verre ionomères. Des tenons en matériau composite sont récemment apparus sur le marché notamment en fibres de haute résistance, éventuellement incluses dans des matrices organiques sous forme de matériaux composites. Dans ce cas, la reconstitution 1 est elle aussi fabriquée directement en bouche sur la dent naturelle, avec une résine chargée ou un verre ionomère. La méthode consiste à coffrer la dent résiduelle à reconstituer 8 et à insérer sous forme pâteuse le produit de reconstitution I à la spatule ou par pression digitale. Cette méthode présente plusieurs inconvénients: 1 - Le produit se présente sous forme de deux pates à mélanger au moment de l'emploi, l'une des deux pâtes inclue le catalyseur. Cette procédure de double mélange à pour inconvénient, D'une part d'incorporer des bulles d'air au sein du mélange, ce qui a pour effet d'inhiber la polymérisation autour de chaque bulle, créant des zones dans lesquelles subsistent des monomères libres toxiques pour les tissus dentaires. Ces zones mal polymérisées sont à l'origine d'une baisse notable des qualités mécaniques de la reconstitution et seront le lieu privilégié des discolorations, percolation bactériennes ainsi que à l'origine de fissures et fractures. D'autre part1 le double mélange ne permet pas un contrôle strict des proportions des composants propres à garantir une polymérisation complète. Enfin, il est impossible d'utiliser une pâte de reconstitution photo polymérisable dans les conditions bucales, du fait des grandes épaisseurs de produits mis en oeuvre. En effet, le degré de polymérisation d'une résine est inversement proportionnelle au carré de la distance à la source lumineuse. La présente invention utilise des préformes photo polymérisable, Préparées de façon industrielle, c'est à dire dont ont maitrise les procédés photopolymérisables dans des conditions de laboratoire avec des lampes puissantes garantissant un taux de conversion maximun de la résine, ainsi que l'homogénéité recherchée. 2 - Si le composite est inséré manuellement, la pâte de reconstitution doit posséder des caractéristiques permettant une manipulation aisée. Cela implique que la résine soit chargée seulement de particules ou de fibres ultracourtes assimilables à des particules, afin de préserver une certaine viscosité et pégosité au matériau, propre à en assurer un maniement manuel aisé. La conséquence directe de ce fait est que les caractéristiques mécaniques dun tel matériau sont bases. Par exemple le module d'élasticité se situe usuellement au environs de 4 à 12 GPa. II est connu en soi que les reconstitutions les plus convenables en prothèse dentaire sont celles dont le module d'élasticité est le plus proche de celui de la dentine naturelle 8 car elles introduisent le moins de contraintes aux interfaces et garantissent par là même une plus grande longévité. Dès lors, le matériau 1 le plus convenable devrait posséder un module d'élasticité proche de celui de la dentine coronaire, c'est à dire de 18 à 20 Gpa. Un matériau composite est par définition composé d'au moins deux éléments: Un renfort fibreux et un liant ou matrice, organique ou non. Les deux constituants ont leurs constantes mécaniques propres et donnent par association un matériau dont les caractéristiques seront fonction des proportions de lew mélange, ainsi que de leur mise en oeuvre Les inventeurs ont déterminé que pour atteindre des valeurs en module d'élasticité de l'ordre de 18 à 20 GPa, il était impératif d'utiliser des fibres longues, c'est à dire des fibres de longueur supérieure à 3 mm, par opposition aux fibres de quelques microns utilisées généralement. Du fait de la présence des fibres longues, une telle pâte n'est pas modelable sur un modèle manuellement. D'autre part, pour réaliser un rapport résinelrenfort constant et uniforme, il faut réaliser une pression égale en tout points sur la reconstitution, et évidement la même pression d'une reconstitution à une autre. Ce pressage a pour effet de rapprocher les différentes fibres et d'exprimer une certaine quantité de résine, afin d'atteindre le rapport renforUrésine calculé pour obtenir le module d'élasticité recherché de l'ordre de 18 à 20 Gpa. Pour une même pression de conformage, nous aurons toujours le même taux de résine pour chaque reconstitution et les mêmes caractéristiques mécaniques. II va de soi qu'il n'est pas possible d'obtenir manuellement un tel résultat 3 - La méthode d'insertion à la spatule ou par pression digitale des résines chargées de particules en bouche directement sur le tenon préalablement scellé dans la racine est génératrice de décollements à l'interface dentine 8, reconstitution 1. Ce hiatus est du aux inévitables contractions de polymérisation des matrices organiques et sera le lieu d'infiltrations préjudiciables à la longévité de la reconstitution corono radiculaire. II existe des systèmes de collage codifiés en dentisterie qui permettent d'assurer l'herméticité du joint dentprothetique. Cela implique que la totalité de la reconstitution tenon 4 et reconstitution coronaire 1 soit fabriquée extemporanément au laboratoire et collée selon des protocoles précis connus en soi. 4 - Les inventeurs ont déterminé (fig. 1) que l'usage d'un maténau de reconstitution tel que la résine chargée (composite dentaire) en association avec un tenon métallique ou un des tenons en fibre de carbone présents sur le marché et assimilables à un tenon métallique dans certaines configurations, induit à l'interface tenon 4/ dentine, reconstitution coronaire dentine, réalisée en résine chargée, des concentrations de contraintes, lieu privilégié de fractures et décollements. La conséquence est que le tenon radiculaire doit lui aussi posséder un module d'élasticité proche de la dentine cofoadiculaire pour éviter les changements importants de module d'élasticité préjudiciable à récoulement harmonieux des contraintes au travers des interfaces. Dans le cas où la reconstitution 1 doit recevoir une prothése à haut module d'élasticité, tel qu'une couronne métallique ou céramique, la reconstitution I peut être éventuellement recouverte d'une coque 12 telle que décrite dans la demande de brevet francais N" 93111414, formée sur la reconstitution I par les moyens décrits dans la demande de brevet francais N" 9!/11414. La coque 12 sert d'interface, par exemple, entre une prothése à haut module d'élasticité, tel qu'une couronne métallique ou céramique et la dent résiduelle 8. La coque 12 apporte entre la couronne très rigide et la dent résiduelle 8, une couche intermédiaire de transition réalisée en matériau composite1 au module d'élasticité proche de celui de la dentine naturelle, et possédant par ailleurs les caractéristiques visco élastique des matériaux composites. La dite couche grace aux caractéristiques énoncées çi dessus,en supportant la prothèse rigide, contribue à l'amortissement des chocs, en particulier permet aux céramiques de résister efficacement aux chocs. Dans cette approche, le prothésiste colle au laboratoire la coque 12 dans l'intrados de la couronne métallique ou céramique, ensuite, au cabinet le dentiste effectue le collage de la couronne métallique ou céramique ainsi revétue sur la reconstitution 1 à raide de résine de même nature que celle entrant dans la composition des matériaux composites 1 et 12.. Les tenons décrits notamment par FR-A-2 588181 ou FR 2 654 612- A1 sont élaborés par usinage de barres cylindriques et sont constitués de fibres axiales assemblées dans la matrice. Les fibres utilisées sont en général des fibres de carbone, axiales, équitendues ou non, incluses dans une matrice organique. Tous les tenons intra radiculaires en matériau composite existants présentent la particularité d'avoir un comportement mécanique en dysharmonie avec la structure dentaire corono-radiculaire, notamment lorsqu'ils sont sollicités selon leur grand axe. Les inventeurs ont déterminé que ce comportement mécanique est la conséquence directe de l'organisation axiale du renfort fibreux dans les tenons existants. En effet si les tenons en fibres haute performances possèdent quand ils sont sollicités par une force appliquée avec une certaine angulation par rapport à l'axe principal du tenon, c'est à dire par rapport à l'axe de la fibre, un module d'élasticité proche de celui de la dentine coronaire, ( 18 20 Gpa), par contre, lorsqu'ils sont sollicités axialement dans le sens des fibres ou que l'angle d'application de la force est proche de la direction axiale, le module d'élasticité des tenons se rapproche ou dépasse celui des tenons métalliques et leur comportement mécanique est alors identique ( effet de clou.) Par exemple:: Les fibres de carbone possèdent un module d'élasticité dans le sens de la fibre de 200 à 530 Gpa et dans le sens transversal de O à 25 Gpa et les fibres de verre possèdent un module d'élasticité de 73 à 90 Gpa dans le sens de la fibre et de 3,5 à 4,5 Gpa dans le sens transversal. (Face à des contraintes perpendiculaires, les valeurs en module d'élasticité des fibres sont généralement divisées par 20.) Or l'on sait que le comportement mécanique des tenons métalliques à module d'élasticité élevé, très éloigné de celui de la dentine de l'organe dentaire, est à l'origine de fractures radiculaires au niveau de leur extrémité radiculaire, car cette extrémité est le lieu de concentrations de contraintes lorsqu'ils sont sollicités axialement. Cela a été déterminé par de nombreuses études en photoélasticimétrie ou par la méthode des éléments finis et est constaté classiquement en dinique. Les inventeurs ont déterminé qu'une protection optimale de la racine dans laquelle le tenon va être collé peut être obtenue si les modules d'élasticité du tenon et de la dentine sont proches, quel que soit l'angle d'attaque de la force qui sollicitera le tenon, axiale ou latérale. Cette identité de module d'élasticité permet un écoulement harmonieux des contraintes et une absence de concentration de contraintes aux interfaces notamment à l'extrémité apicale du tenon. Or l'on sait que le module d'élasticité de la dentine varie de 9 Gpa pour sa partie radiculaire à 20 Gpa pour sa partie coronaire. Les inventeurs ont déterminé qu'une organisation particulière des fibres longues renforçant le tenon permet d'ajuster le module d'élasticité du tenon à celui de la dentine de la dent et cela de la partie coronaire du tenon( 20 Gpa) à sa partie radiculaire ( 9 Gpa). Selon l'invention, la géométrie de l'organisation des fibres ne doit jamais permettre que l'axe de la majorité des fibres coïncide avec l'axe du tenon 4 et par là même de la racine dentaire 8, et cons8quemment oye avec avec l'axe d'application des fores masticatoires les plus traumatisantes pour la racine puisque " I'effet de clou "va faire éclater la racine 8. Le tenon selon l'invention possède une organisation des fibres en hélicoïde ( Fig. 2), dont le diamètre des spires et le pas ont été calculés par la méthode des éléments finis. Les fibres longues utilisées peuvent être choisies parmi n'importe quelles fibres hautes performances, notamment fibre de verre, E ou R, carbone, céramique, carbure de silicium, carbure de bore, aramide. Selon l'invention, le diamètre et le nombre des fibres différent de la partie coronaire à la partie apicale du tenon ont aussi été calculés de manière à faire varier le module d'élasticité du tenon de 9 Gpa i 40% à 20 Gpa t 40%, quel que soit l'angle d'incidence de la force qui va solliciter le tenon. Selon l'invention, la rn-té des fibres de renfort ne sont jamais sollicitées dans leur grand axe quand la force est appliquée selon le grand axe du tenon. Selon l'invention, la conjonction de l'organisation hélicoïdale des fibres associée à une variation calculée du diamètre de l'hélicoïde, de son pas, de la nature, du diamètre et du taux de fibres a permis de réaliser un tenon en matériau composite dont le module d'élasticité est toujours comparable à celui de la dentine naturelle et ne s'en éloigne jamais de plus de 40%, quel que soit l'angle d'incidence de la force qui va solliciter le tenon, garantissant une absence de concentration de contraintes aux interfaces tenon- dentine, notamment au niveau apical, et par là même une absence d'agression mécanique du tenon vis-à-vis de la dent résiduelle. Les fibres sont incluses dans une matrice organique qui peut être choisie parmi n'importe quelle sorte de matrice organique, notamment les résines époxy, polyuréthanne, Polyester, acrylique ou methacrylique. Selon l'invention, la matrice organique peut être en outre chargée de particules organiques, minérales ou métalliques destinées à en modifier la pégosité, la viscosité, les performances mécaniques, I'état de surface, ainsi que la biocompatibilité du tenon. Selon l'invention, I'état de surface de l'extrados du tenon permet un collage optimal du tenon à la dentine selon les techniques de collage déJà connues en l'état dans la profession. Une autre manière d'atteindre ce résultat est d'usiner les tenons dans des tôles ou profilés de matériau composite où l'organisation des fibres est tridimensionnelle (Fig. 3) Selon l'invention, dans un tel matériau où les fibres sont orientées selon l'axe, I'axe d'usinage du tenon n'emprunte jamais les axes, x, y et z et fait un angle alpha de 20 à 70 par rapport à ces axes principaux. Selon l'invention, la fibre de renfort n'est alors jamais sollicitée selon son grand axe quand le tenon est sollicité selon son grand axe, et le module d'élasticité du tenon reste dans les proportions de h40S6 de celui de la dentine. Selon l'invention, la pâte de reconstitution I est elle aussi constituée de fibres longues noyées dans une matrice organique. Selon l'invention, le tenon radiculaire 4 et la pâte de reconstitution 1 possèdent un renfort en fibres longues commun. Selon l'invention la majorité des fibres du tenon 4 et de la reconstitution 1 ne sont jamais sollicitées dans leur grand axe. Selon l'invention, les modules d'élasticité de la reconstitution I et du tenon 4 sont proches de celui de la dentine quel que soit l'angle d'incidence de la force appliquée sur la reconstitution. Selon l'invention, la pâte de reconstitution I doit être mise en oeuvre par l'application d'une pression calculée et contrôlée qui permet lors du formage l'expulsion d'une partie de la résine et d'obtenir le rapport renfort fibreux(résine calculé pour obtenir un module d'élasticité proche de celui de la dentine naturelle II est fait appel pour le formage de la pâte de reconstitution 1 à un moyen quelconque de formage, susceptible de réaliser une pression en tout point égale de la reconstitution. Un des moyens de formage adapté à l'utilisation en bouche (fig. 1), est constitué d' un carter rigide 13 coiffant l'ensemble de la reconstitution corono radiculaire et comportant une vessie gonflable 14 par un moyen approprié insufflant un fluide 15 à une température et une pression déterminée pour la mise en oeuvre de la reconstitution corono - radiculaire, I'illumination pour la polymérisation étant réalisée, par exemple par le moyen d'un guide de lumière qui peut être constitué d'une fibre optique 16. Une pièce intermédiaire 7 est utilisée dans le processus de formage et contribue à l'application d'une pression égale en tous point de la reconstitution corono radiculaire, Cette pièce intermédiaire 7 peut être le contenant de la pâte de reconstitution Cette pièce intermédiaire peut être de forme circulaire ou ellipso-ldale, elle est constituée d'un matériau transparent aux rayons lumineux et peut être déformable. Elle possede en son milieu un orifice de positionnement Il sur le tenon 4, orifice ouvert ou borgne. Selon l'invention, la pate de reconstitution se présente sous forme d'une préforme cylindrique ou tronconique en l'état d'avant polymérisation ( Prepegg). Elle peut etre éventuellement incluse dans un étui 7 notamment translucide et déformable. Selon l'invention, la préforme est positionnée sur le tenon 4 et coiffée de la pièce intermédiaire 7. Les moyens de formage sont alors mis en oeuvre ainsi que les moyens de polymérisation. La reconstitution est détourée selon les protocoles habituels des prothésistes dentaires. Selon l'invention, la reconstitution cowadiculaire est homogène , possède un module d'élasticité proche de celui de la dentine naturelle, quelque soit soit le niveau considéré ( coronaire ou radiculaire) ou bien quelque soit la direction selon laquelle la reconstitution est sollicitée. Conformée sur le modèle de laboratoire ou bien en bouche, sous une pression constante et égale en tout point pendant la polymérisation, la reconstitution ne présente pas de hiatus à l'intertàoe reconstitution racine 110. REVENDICATIONS 1 - Reconstitution corono-radiculaire comprenant une reconstitution coronaire (1 ) réalisée en matériau composite comprenant une armature de fibres (2) noyée dans une matrice (3), liée intimement à un tenon radiculaire (4) lui même réalisé en matériau composite comprenant une armature de fibres (5) noyée dans une matrice (6), caractérisée en ce que la liaison de la reconstitution coronaire (1) avec le tenon (4) est réalisée par polymérisation de la reconstitution coronaire (1) sous une charge isostatique. 2 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la polymérisation sous une pression isostatique de l'ordre de 2 bars est réalisée en mettant en oeuvre une pièce intermédiaire accessoire (7). 3 - Reconstitution coronoiadiculaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le tenon radiculaire et la pâte de reconstitution coronaire comportent au moins 6 % de fibres longues supérieures à 3 mm. 4- Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que la majorité des fibres de renfort sont orientées de manière à ne pas être sollicitées par les forces occlusales selon leur grand axe quand des forces sont appliquées au tenon selon son grand axe. 5 Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le module d'élasticité des différents composants est celui de la dentine t 40 % quel que soit le niveau considéré de la reconstitution corono-radiculaires et la direction d'application de la force. 6- Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'organisation de la majorité des fibres de renfort des tenons est une organisation hélicoldale. 7 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que le diamètre et le pas de l'hélicoïde sont variables de la partie coronaire à la partie radiculaire du tenon. 8- Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le diamètre et le taux de fibres de l'hélicoïde sont variables de la partie coronaire à la partie radiculaire du tenon. 9 - Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les tenons peuvent être usinés dans des matériaux dont l'organisation des fibres est tridimensionnelle selon les axes principaux x, y- et z. 10 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 9 caractérisée en ce que l'axe d'usinage fait un angle alpha de 20 à 70" avec les 3 axes principaux x, y et z. 11 - Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les fibres à la base de la reconstitution coronaire sont enrobées d'une matrice organique ou organominérale. 12- Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 11, caractérisée en ce que, une fois formée sous une pression isostatique et après polymérisation, la pâte de reconstitution possède un rapport volumique de l'ordre de 75% de fibres et charge de verre ou minérale et 25% de résine 13 - Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et 11 à 12 caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (7) contribuant à appliquer une pression isostatique sur la reconstitution coronaire (1) est constituée dans un matériau transparent aux rayons lumineux 14 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 13 caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (7) possède un orifice de positionnement (11) sur le tenon (4). 15- Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 14 caractérisée en ce que l'orifice (11) est ouvert ou borgne. 16 - Reconstitution corono-radiculaire selon les revendications 11 à 15, caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (7) peut être réalisée dans un matériau déformable. 17 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle met en oeuvre une coque intermédiaire (12) réalisée en matériau composite. 18 - Reconstitution corono-radiculaire selon la revendication 17 caractérisée en ce que la coque intermédiaire (12) est collée dans l'intrados d'une couronne métallique ou céramique. 19 - Reconstitution corono-radiculaire selon les revendications 17 et 18, caractérisée en ce que la coque intermédiaire (12) constitue l'interface entre une couronne métallique ou céramique et la reconstitution (1). 20 - Reconstitution corono-radiculaire selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisée en ce que la coque intermédiaire (12) est collée avec un résine de même nature que celle ayant servie à sa réalisation et à celle de la reconstitution (1). 21 - Moyen de réalisation en bouche de la reconstitution coronoradiculaire selon l'une quelconque des revendications I à 20, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte (13) rigide réalisant au moyen d'une vessie gonflable (14), une pression isostatique pendant la polymérisation. 22 - Moyen de réalisation en bouche de la reconstitution coronoradiculaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 caractérisé en ce que l'illumination pour la photo - polymérisation est faite par le moyen d'un guide de lumière qui peut être constitué d'une fibre optique (16).