Actualités PEEK vs Cr-Co : comparaison de deux types de châssis de prothèse amovible partielle B. PICART, J. MARGERIT, M. FAGES Chirurgiens-dentistes E. LAMBERT, E.M. CHANSAVANG, R. SOUVAIRAN, A. BONZOM Prothésistes CFAO Quelles sont les propriétés du matériau PEEK ? Quels en sont les procédés de conception et de fabrication en prothèse amovible partielle ? Quelles peuvent être les difficultés rencontrées et l’avenir du matériau ? Les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intérêt Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 L a prothèse amovible partielle fait l’objet depuis quelques années de recherches sur l’utilisation de nouveaux matériaux. Les données acquises sur la conception des châssis sont en partie remises en question ou modifiées afin de s’adapter à l’évolution des matériaux et des techniques. Le champ d’application de ces derniers est-il aussi étendu que celui des châssis métalliques ? Pour répondre à ces questions, une première étude a été entreprise pour comparer la qualité d’adaptation de deux châssis, l’un en chromecobalt, l’autre en polymère haute performance, sur un modèle de travail unique. 205 Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll. 1. Formule chimique du PEEK. 2. La pyramide de performance des matériaux thermoplastiques actuels (4, 5). 1 2 Bien que le disque en PEEK doit être manipulé et transformé selon les instructions du guide de transformation et du mode d’emploi, et sans avoir bénéficié de la formation spécifique à l’utilisation de ce matériau, l’objectif de ce travail étant de comparer les matériaux en employant la technique actuelle de conception et fabrication utilisée dans les laboratoires Tableau 1 - Tableau comparatif de différents matériaux de prothèses, il a été convenu de respecter les règles de conception d’un châssis métallique. Afin d’affiner le comparatif, il est demandé aux prothésistes dentaires d’émettre un avis sur le modèle qui leur est fourni, sur la conception théorique effectuée et sur la validation du tracé et de logettes préparées en fonction des châssis demandés. Lors de la réception des pièces prothétiques, deux praticiens évaluent le travail réalisé sur le maître modèle. PROPRIÉTÉS DU PEEK Le PEEK, polyétheréthercétone, est le matériau le plus connu de ces dernières années de la famille des PAEK, polyaryléthercétones. Les PAEK, matériaux thermoplastiques à hautes performances, ont entre autres qualités une grande résistance mécanique, une bonne rigidité et une excellente résistance à l’hydrolyse. Ce polymère haute performance, utilisé depuis de nombreuses années en médecine pour mettre en œuvre des plaques 206 Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 Actualités crâniennes artificielles, remplacer des éléments d’articulation au niveau des doigts, des genoux ou d’espaces intervertébraux, a trouvé sa place en médecine dentaire. Ce matériau d’une grande pureté exempt de charges présente une élasticité équivalente à l’os. Dix années d’expérience implantaire au niveau mondial n’ont pas permis, pour le moment, de démontrer de cas avérés de réaction allergique à ce matériau (fig. 1, tableau 1) (1-4). La structure chimique du PEEK lui assure à l’heure actuelle l’une des meilleures propriétés mécaniques de tous les polymères hautes performances (fig. 2). Prothèse amovible partielle et PEEK Ces dernières années ont connu une évolution globale des solutions thérapeutiques dans le domaine de la prothèse dentaire. La prothèse amovible partielle n’échappe pas à cette progression (6). Dans les laboratoires, la CFAO (Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur) s’impose de plus en plus, raccourcissant les délais de fabrication, amenant plus de confort et de précision pour les prothésistes qui progressivement, remplacent la spatule et la cire par des logiciels de modélisation. Les chaînes de production changent aussi, tout comme la qualité et la nature même des matériaux mis en œuvre. La fabrication assistée par ordina teur (FAO) peut se subdiviser en deux méthodes, une additive et une soustractive (tableau 2). 3 La méthode additive est le prototypage rapide (7, 8), qui permet par addition de matière de créer, soit des éléments calcinables destinés à la fonderie, soit des éléments métalliques (9, 10). La méthode soustractive elle, est l’usinage (11). Dans des disques d’épaisseurs variables de matériaux déterminés, la machine va usiner aussi des maquettes destinées à la fonderie, en cire ou en résine, ou des éléments directement finis en métal ou en PEEK (fig. 3). L’usinage du métal pour la prothèse amovible est peu utilisé, en effet la perte de matériau est considérable et l’usinage de matériaux « durs » demande des machines spécifiques, plutôt dédiées à des centres de production. Le frittage laser pour prothèse amovible partielle donne d’excellents résultats, mais demande l’utilisation d’un alliage spécifique et une expertise particulière qui aujourd’hui n’est pas encore largement 3. Disques de PEEK destinés à l’usinage et l’usineuse utilisée pour l’article : la Pro expert 5 ® (Opera system® ). Tableau 2 - Les différentes méthodes de production de châssis pour prothèse amovible partielle en CFAO. Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 207 Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll. 4ab 5ab c d 4a. Modèle passé au paralléliseur et ligne guide tracée. b. Indices anatomo-physiologiques tracés. 5a. Repères, limite inférieure et départs de connexion. b. Tracé du châssis. c, d. Détails du tracé (vues vestibulaire et linguale, secteur gauche). e. Modèle de travail envoyé au laboratoire. 208 e diffusée. Outre Atlantique toutefois, les résultats obtenus semblent prometteurs. La méthode la plus employée aujourd’hui en France reste l’impression 3D de maquettes calcinables, ou leur usinage par des machines dites usineuses d’établi à la portée de n‘importe quel laboratoire de taille moyenne (12). Les maquettes obtenues sont destinées à la fonderie Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 Actualités 67a par méthode de coulée conventionnelle, souvent abusivement appelées « coulée numérique » car issue d’une conception par CFAO. Le PEEK, lui reste un matériau facilement usinable dans des machines d’établi et présente l’avantage par rapport aux maquettes de fournir le châssis sous sa forme définitive. Aucun traitement post-usinage n’est nécessaire. Le PEEK est un matériau de plus en plus utilisé en odontologie. b Comparaison de différents types de prothèses partielles amovibles Objectifs - Préparation du modèle Avant de pouvoir réaliser un comparatif clinique, un comparatif « technique » a été réalisé. Pour ce faire, un modèle mandibulaire a été préparé afin de présenter une configuration mixte d’édentement encastré et d’édentement terminal. Une étude du modèle sur paralléliseur a permis de tracer une ligne-guide en relation avec l’axe d’insertion choisi (fig. 4). Puis le tracé prospectif de l’armature du châssis a été dessiné (fig. 5) (13-17) avant de demander au laboratoire de prothèse la réalisation de deux châssis, respectivement en chrome-cobalt par coulée classique à partir d’un châssis réalisé en PMMA par usinage et en PEEK, par méthode soustractive de CFAO. Le maître modèle en plâtre Fujirock ® (fig. 6) servira de test pour le contrôle d’ajustage, d’insertion et de désinsertion des divers châssis. c Conception des châssis Après avoir scanné le modèle envoyé, le prothésiste dentaire utilise le logiciel Opera system® pour modéliser le châssis prothétique (fig. 7 ) avant de procéder à son usinage. Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 6. Modèle coulé en Fujirock® pour comparaison. 7a. Le logiciel Opera system® utilisé pour la modélisation du châssis. b. Vue 3D du châssis. c. Vue de face du châssis avec les cotes. 209 Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll. Fabrication Assistée par Ordinateur L’usineuse d’établi supportant jusqu’à huit disques est mise en route une fois l’ensemble des éléments modélisés afin d’optimiser l’utilisation de la machine (fig. 8) (18-27). Trois disques, en cire, en PMMA (polyméthylméthacrylate) et en PEEK, sont utilisés pour la fabrication des différents châssis (fig. 9). La relative fragilité de la cire et du 8a b 9ab c e d f 8a, b. Les différents disques supportés (à G) et vue agrandie du support de disque et des fraises (à D). 9a. Châssis usiné dans le disque en cire. b. Châssis usiné et découpé dans un disque en PMMA. c, d. Châssis usiné dans le disque en PEEK - vues de dessus et de dessous. e, f. Châssis original (à gauche) et châssis épaissi (à droite) découpés en PEEK. 210 PMMA oblige le prothésiste à épaissir les secteurs les plus sujets à déformation ou fracture. Coulée métal du châssis en PMMA Le châssis en PMMA est coulé en chrome cobalt après mise en cylindre et fourni à l’état brut afin de respecter les mêmes conditions que pour le châssis en PEEK (fig. 10). Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 Actualités COMPARAISON DES CHÂSSIS Pesée Les différents châssis reçus du laboratoire sont tout d’abord pesés sur une balance de précision (fig. 11). Le résultat de ces pesées est le suivant : Châssis Cr-Co : 6,8 g Châssis PMMA : 0,8 g Châssis PEEK : 1 g Les châssis en cire et en PMMA étant strictement identiques au sortir de l’usi- 1011 10. Châssis coulé en chrome cobalt issus de la maquette en PMMA. 11. Les châssis sont pesés sur une balance de précision. 12ab 12a. Mise en place du châssis Cr-Co sur le modèle. b. Mise en place du châssis PEEK sur le modèle. 13a. Désinsertion du châssis Cr-Co du modèle. b. Désinsertion du châssis PEEK du modèle. 13ab nage, il a été décidé de couler seulement le châssis en PMMA. La comparaison de deux châssis métalliques strictement identiques n’aurait eu aucun intérêt pour cette étude. Il est intéressant de noter qu’il est possible de faire un essai en bouche de la maquette en PMMA pour vérifier son adaptation avant la coulée. Un tel essai est impossible avec un châssis en cire du fait de sa grande fragilité, notamment au niveau des crochets. Insertion sur le maître-modèle çant dans un premier temps une pression bilatérale très légère sur l’armature afin de tester la facilité d’insertion (fig. 12). Puis la pression est augmentée pour vérifier une éventuelle bascule et/ou résistance à la mise en place complète. Désinsertion du maître modèle La désinsertion est testée en exerçant une traction bilatérale sur les bras de rétention des crochets jusqu’à l’obtention d’une décoaptation de l’armature du modèle (fig. 13). La mise en place des châssis sur le modèle en Fujirock® est réalisée en exerStratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 211 Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll. POINT DE VUE DU PROTHÉSISTE DE LABORATOIRE 14a, b. Comparaison des châssis en PEEK (originel à gauche, épaissi à droite) sur le modèle. c, d. Comparaison des châssis Cr-Co et PEEK épaissi sur le modèle. Les prothésistes, habitués aux réalisations de prothèses fixées par CFAO ont rencontré des difficultés dans la réalisation des châssis amovibles en PEEK et en PMMA du fait de la flexibilité du matériau. Il a semblé nécessaire de majorer la section de certains éléments de ces châssis afin d’éviter les éventuels risques de fractures. Des tests mécaniques seraient à prévoir pour évaluer les épaisseurs minimales de châssis soumis à la contrainte. La coulée en Cr-Co n’a quant à elle posé aucun problème. Les prothésistes ont insisté sur le fait que la conception doit être particulièrement adaptée à la flexibilité du matériau, d’où la nécessité d’une parfaite coordination entre nos deux professions. Ce travail a été réalisé de façon routinière, sans un spécialiste du PEEK pour guider les prothésistes dans leur construction. Les industriels fournissant le PEEK avec lequel a été réalisée cette étude proposent une formation pas à pas pour optimiser les propriétés physiques du matériau. Pour les prothésistes cette for- mation semble absolument nécessaire, elle devrait permettre d’améliorer les procédures et d’agrandir la gamme des indications. POINT DE VUE DU PRATICIEN L’insertion sur le modèle du châssis en PEEK est plus douce que pour le châssis en chrome cobalt. La mise en place de ce dernier a nécessité quelques retouches de la face interne, étape de travail qui incombe habituellement au prothésiste dentaire. De même, la désinsertion est plus facile pour l’armature en PEEK. Ces observations sont à mettre en corrélation avec la flexibilité plus importante du PEEK par rapport au métal. Selon les données des fabricants, le châssis mandibulaire en PEEK exclut la réalisation d’une barre linguale trop flexible, donc trop fragile, au bénéfice d’un bandeau lingual. Le guide de transformation du disque dentaire (28) indique d’ailleurs une épaisseur minimale de l’armature de 2 mm pour une largeur minimale de 8 mm. C’est pour répondre à ce cahier des charges que le châssis en PEEK a été 14ab cd 212 Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 Actualités épaissi par rapport au tracé original, tout en respectant la forme globale du tracé proposé (fig. 14) et est par conséquent plus volumineux que le châssis en Cr-Co. L’extension des selles aux limites physiologiques, notamment l’investissement des tubercules rétro-molaires, est un impératif permettant d’optimiser la stabilité de la plaque. À l’instar des crochets en acétal, les bras de rétention en PEEK doivent également être épaissis pour améliorer la stabilisation et la rétention de la plaque (29-32). De ce fait, leur encombrement plus important peut représenter une gêne pour le patient. L’absence de métal apporterait certainement un confort accru pour le patient du fait d’un poids beaucoup plus faible, d’un rendu esthétique moins aléatoire, bien que la couleur actuelle du matériau ne se rapproche pas tout à fait de la couleur des dents naturelles. Associées au choix judicieux des appuis directs et indirects, une surface d’appui ostéomuqueuse optimisée à l’arcade maxillaire ou une extension maximale de la surface d’appui mandibulaire, devraient participer aux critères de réussite et de pérennité de ce type de châssis. La rétention moins importante du châssis en PEEK est susceptible d’autoriser des mouvements prothétiques amplifiés. Cependant, la flexibilité du matériau pourrait engendrer moins d’effets scoliodontiques sur les dents support. d’édentement les plus fréquemment rencontrés, mais surtout de quantifier la différence de sustentation et de rétention de ces châssis qui ne répondent plus aux principes habituellement admis de rigidité des armatures métalliques. De même l’association plus systématique d’un châssis PEEK et d’attachements supra - radiculaires ou supra - implan taires pourrait apporter une solution plus pérenne dans le cas de restauration prothétique de grande étendue. La maîtrise du frittage laser, technique de FAO présente quant à elle l’avantage d’une précision de l’ordre de 0,3 mm (données fabricant), d’une perte très faible de matériau comparativement aux techniques d’usinage et permet de réaliser simultanément plusieurs châssis, ce qui représente en plus un gain de temps. Toutefois, son utilisation en France n’est pas encore répandue comme c’est le cas au Canada ou aux USA, où des travaux importants sur les alliages ont permis l’utilisation routinière de cette méthode. Actuellement en France le procédé de coulée à partir d’une confection conventionnelle à la cire et à la spatule reste majoritaire. Toutefois, l’expansion de la CFAO et de nouveaux matériaux usinables devrait changer radicalement le mode de production des prothèses amovibles partielles et peut-être même permettre de repenser leur architecture. CONCLUSION Il pourrait être intéressant de modifier les règles de confection des châssis métalliques pour les adapter à l’élaboration de châssis en PEEK. De cette manière, il devrait pouvoir être possible d’adapter les propriétés de ces polymères haute performance à des règles de confection particulières de châssis utilisant davantage les propriétés de friction de ce matériau, par exemple en modifiant la forme des appuis afin de leur associer la friction par rétention à la seule sustentation-stabilisation. Il serait intéressant, au-delà de cette première approche, de tester différentes formes de châssis en fonction des cas Auto-évaluation 1. La méthode additive de F.A.O. est l’usinage n Vrai n Faux 2. Le prototypage rapide se fait à partir des disques de matériaux d’épaisseurs variables n Vrai n Faux 3. La perte de matériau est plus importante avec l’usinage qu’avec le frittage laser n Vrai n Faux 4. Le frittage laser ne permet de réaliser qu’un seul châssis de prothèse amovible partielle à la fois n Vrai n Faux 5. La F.A.O. d’un châssis en PEEK nécessite un accroissement de section de matériau par rapport au Cr-Co n Vrai n Faux 6. Le PEEK contient des solvants Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3 n Vrai n Faux 213 Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll. Bibliographie 1. Capps SG. PEEK Cages and Spacers in Cervical Spine Fusion Applications Spinal News International, 4, (September 2007). 2. Celik SE, Kara A, Celik S. A comparison of changes over time in cervical foraminal height after tricortical iliac graft or polyetheretherketone cage placement following anterior discectomy. J Neurosurg Spine. 2007 Jan;6(1):10-6. 3. Cutler AR, Siddiqui S, Mohan AL, Hillard VH, Cerabona F, Das K. Comparison of polyetheretherketone cages with femoral cortical bone allograft as a single-piece interbody spacer in transforaminal lumbar interbody fusion. J Neurosurg Spine. 2006 Dec;5(6):534-9. 4. Gobert B. C’est quoi le PEKK? Technologie Dentaire. 2014; 324 : 12-13. 5. https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_ de_codes_de_polymères 6. Baixe S, Etienne O, Kress P, Taddei C. 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