la prothése (les implant

[messelem fofoصديق المنتدى]

Sujet n° 2 : prothèse dentaire

Descriptif de sujet d’étude de cas

Une prothèse dentaire tend à reconstituer l’intégrité de la denture par des moyens mécaniques. Dans le cadre de cette étude de cas, nous nous concentrerons sur la fabrication d’un seul implant dentaire (une dent).





Une telle prothèse se compose de deux parties : une partie structurelle et une partie externe ; la partie structurelle assure le maintien de la dent au niveau mécanique, alors que la partie externe permet la mastication et assure l’esthétisme de la dent et de la bouche.

Illustration d’un implant dentaire


La dent, soumise à de nombreuses sollicitations (compression, fatigue…) se situe dans le milieu buccal, qui est un milieu très complexe et agressif : humidité, compositions fluctuantes, variations de la température et contact avec l’oxygène. Les tissus dentaires sont composés de la dentine, de la pulpe, du cément et de l’émail. La dentine constitue avec la pulpe la plus grosse partie de la dent ; elle est recouverte dans sa partie coronaire par l’émail.
La pulpe est le tissu le plus sensible, et peut se nécroser ; il se situe au centre de la dent. Lecément est le moins dure des tissus et recouvre la racine de la dent. Quant à l’émail qui recouvre la dent, il est directement exposé au milieu buccal ; il s’agit là du matériau le plus dur de tout le corps humain.

Motivations :
L’intérêt principal de ce sujet consiste à remplacer un organe très complexe. Il est donc très important de considérer de nombreuses disciplines : biomécanique, corrosion, chimie des réactions et également l’esthétisme. Ainsi, cette nécessité de considérer différents aspects constitue une motivation.

Pertinence et importance des enjeux :
Dans vingt-cinq ans, trente pour cent de la population sera âgée de plus de soixante ans.
La prothèse dentaire va donc certainement s’imposer comme LE moyen de réparation des différents problèmes liés à la dentition.
Un des enjeux du futur consiste à optimiser les différents matériaux employés pour la
fabrication d’une prothèse dentaire et faciliter la méthode de production de ces dernières.

1. Introduction
La dent, élément indispensable à la mastication et remplissant aussi une fonction liée à l’esthétique, est soumise à de nombreuses sollicitations mécaniques et se situe dans le milieu buccal, qui est un milieu à la fois complexe et agressif : humidité, compositions fluctuantes, variations de la température et contact avec l’oxygène.
Les tissus dentaires sont composés de la dentine, de la pulpe, du cément et de l’émail. La figure ci dessous illustre ces différentes parties principales de la dent.

Figure 1. Parties composantes de la dent.

(1) L’émail Tissu le plus minéralisé et le plus dur de tout le corps humain. Recouvre la partie de la dent exposée à l’environnement buccal, et la protège contre les contraintes mécaniques et les agressions chimiques. Ce tissu est composé de longs prismes d’hydroxyapatite.
(2) La dentine Constitue avec la pulpe la plus grande partie de la dent ; recouverte dans sa partie coronaire par l’émail. En contact avec la pulpe, elle est formée notamment d’odontoblastes, cellules spécialisées se prolongeant depuis la pulpe dans les tubuli dentaires. Peu minéralisée, partie organique formée surtout de collagène.
(3) La pulpe Tissu mou fortement vascularisé et innervé au centre de la dent, à partir duquel se fait la dentinogénèse. Il s’agit du tissu le plus sensible des tissus dentaires.
(4) Le cément Tissu minéralisé recouvrant la racine. Tissu conjonctif le moins dur des trois tissus dentaires.

Comme tout tissu ou organe du corps humain, une dent peut se détériorer (caries ou accident), devenir malade puis tomber. Or, les conséquences principales d’une dent manquante sont assez graves et gênantes : d’une part, l’os de la gencive situé sous la dent manquante ne subira plus de sollicitation mécanique, ce qui ne favorisera pas la régénération osseuse (phénomène de dégénérescence osseuse) ; d’autre part, l’aspect esthétique d’une bouche avec une dent manquante est très gênant pour la personne touchée. On comprend donc mieux l’importance de remplacer cette dent manquant par une prothèse dentaire.

Dans le cas de cette étude de cas, on va se concentrer sur les implants endo-osseux :
Comme leur nom l’indique, il s’agit d’implants qui se fixent directement dans l’os, soit dans la mandibule (mâchoire inférieure) soit dans le maxillaire supérieur. La fixation se fait généralement après une période de récupération suivant l’extraction d’une dent, afin que l’os puisse se reformer et que l’alvéole qui contenait la racine de la dent puisse se combler en partie, ce qui nécessite entre 3 et 6 mois. Ensuite, il faut procéder au forage dans cet os d’un puit, le plus souvent déjà taraudé, dans lequel viendra se visser l’implant (en général, on emploie des implants avec un large pas de vis). A la figure 2 on voit de tels implants endo-osseux.

Figure 2 : Schémas de prothèse d’une seule dent.

Une fois l’opération de forage réalisée, on vient visser l’implant dans le cas d’un puits taraudé, ou l’on insère simplement l’implant dans un puits sans taraudage ; notons qu’il n’y a ni colle, ni ciment : c’est simplement l’os qui repousse autour de l’implant qui le maintient fermement, ce qui nécessite l’emploi de matériaux biocompatible favorisant la repousse osseuse.
Il faut ensuite une période de repos pour permettre à l’os de se reformer autour de l’implant ; cette période s’appelle l’ostéointégration, et peut durer de quelques jours à normalement 3 à 6 mois. Il est donc nécessaire d’avoir une surface sur laquelle l’os puisse venir s’apposer de façon très intime et bloquer ainsi l’implant dans l’os.
Après la période de repos, il est alors possible d’utiliser l’implant comme élément de support pour la prothèse.

Partie prothétique
Sur l’implant qui sert de base, on visse donc une pièce intermédiaire, l’abutment, ou moignon. Sur cette pièce intermédiaire vient se fixer la partie visible de la prothèse : la couronne. On attache donc une grande importance à l’aspect visuel de cette dernière.

Enjeux
Un des enjeux du futur consiste ainsi à optimiser les différents matériaux employés pour la fabrication de ces prothèses dentaires.
Un autre but dans le futur est de développer les méthodes soutenues par des logiciels qui permettent de produire des couronnes de dent individuelles.

2. Définition du système
Le système étudié se compose de deux parties : l'implant qui se fixe dans l'os de la mâchoire et la prothèse – élément global composé de l’abutment et de la couronne- qui vient se fixer sur l’implant.
L'implant a donc avant tout une fonction structurelle. Il doit tenir dans l'os est donc être biocompatible avec celui-ci. Il est donc nécessaire que l'os ne se résorbe pas autour de l'implant (favoriser l’ostéointégration).
L'implant transfère également des forces à la mâchoire et est aussi en contact avec la gencive (aucune force n’est présente ici, seule la biocompatibilité entre en jeu).

Figure 3. Définition du système de la prothèse dentaire

Quant à la prothèse, elle se situe directement dans le milieu buccal qui lui transfère
- des forces (résistance de la nourriture à mâcher)
- de la chaleur (aliments, boissons chauds et froids)
- un pH agressif pour décomposer les aliments (salive)
- l'air respiré par le patient, ce qui peut créer une corrosion par pile d'aération (O2).
La prothèse est encore en contact avec d'autres éléments anatomiques.
La langue lui transmet des forces et peut l'éroder.
La prothèse doit aussi avoir une forme compatible avec les dents voisines et opposées.
Lors de la mastication, la dent opposée transmet des contraintes mécaniques à la prothèse et peut aussi l'éroder. Comme ce mouvement est répétitif, il faudra tenir compte de l'effet de fatigue et ne pas oublier que les forces seront transmises à l'implant.

3. Répertoires des difficultés/causes
Afin de choisir au mieux un matériaux pour une certaine application, il est nécessaire de connaître, même lorsqu’il s’agit de la première conception (à distinguer d’un cas de reconception suite à des « trouble shooting »), les possibles difficultés et essayer d’en déterminer les causes. Il est évident que les relations de causes à effets sont multiples et pas forcément connues, ce qui rend complexe la détermination d’un répertoire des difficultés/causes. Une manière possible de simplifier cette problématique est de regrouper les difficultés et les causes identifiées dans un tableau :

Tableau 1. Répertoire difficultés/causes de la prothèse dentaire.

4. Tendances de développement
Il est évident que l’on s’intéresse à des implants dentaires dont on veut maximiser la durée de vie, et ce pour limiter le nombre d’opérations que subira chaque patient. Ainsi, dans l’idéal, la durabilité de la dent de substitution serait au moins égale à l’espérance de vie du patient. Même si on ne parvient pas à atteindre cet objectif, il semble clair qu’on souhaite pouvoir maintenir un implant donné pendant plusieurs années. Ainsi, on doit étudier l’évolution (surtout la dégradation) possible du système sur des temps relativement longs, ce qui la rend difficile à prévoir quantitativement.
Pour commencer, on peut tenter de cerner globalement les influences possibles du facteur temps sur notre système à partir des conditions d’utilisation définies plus haut. Pour ce faire, on utilise une représentation en tableau à double entrée où l’on reporte les causes possibles de dégradation pertinentes et les risques qu’elles présentent :


Tableau 2. Tendance de développement de la prothèse dentaire.

Premièrement, on peut dire que les forces liées notamment à la mastication peuvent avoir un effet néfaste sur les propriétés mécaniques de la dent de substitution. En effet, la mastication est un phénomène cyclique (la pression appliquée par la dent opposée est variable) et donc on risque de voir se développer des fissures de fatigue dans la partie interne (implant) ou externe (couronne). De même, on peut considérer le brossage des dents comme un phénomène de mise en charge cyclique. De plus, dans le cas imprévu où un corps dur se glisse dans la cavité buccale (par le biais de la nourriture par exemple) et est mordu, on risque d’avoir une propagation de fissure liée à un état de contrainte instantané caractérisé par un facteur d’intensité des contraintes plus élevé que la ténacité (KIc) du matériau.
Les déplacements possibles relatifs à la dent (maxillaire opposé, langue, aliments) sont aussi des sources possibles de fatigue mais surtout d’usure par abrasion mécanique. En effet, au-delà de la mastication, il existe de nombreuses situations où les dents sont soumis à une combinaison de force et de déplacement (grincement de dent, frottement avec la langue, brossage), ce qui peut être à l’origine de la perte de poids de la couronne (partie principalement exposée à l’usure par abrasion).
On sait que l’environnement buccal est un milieu agressif, notamment du point de vue corrosif. En effet, des fluctuations de composition (oxygénation, bactéries, variation du pH,...) couplées avec l’application d’une force ou d’un déplacement peuvent donner lieu à de multiples mécanismes de dégradation électrochimique tels la corrosion aux joints de grains, la corrosion par pile d’aération, la corrosion par piqûres ou la corrosion sous contrainte. De plus, si notre implant est métallique et qu’il entre malencontreusement avec le métal d’un autre ajout dentaire (p.ex. amalgame), on risque de se placer en conditions pour de la corrosion galvanique (cas clinique réel, difficile à prévoir). On note que, outre l’effet néfaste sur les propriétés mécaniques, la corrosion se traduit souvent par une dégradation esthétique.
De prime abord, on peut penser que la cavité buccale étant plus ou moins à l’intérieur du corps, elle doit être relativement isotherme (autour de 36.5°C). Cependant, par le biais de l’alimentation surtout, la température peut, de manière transitoire, atteindre les 0°C (glace) ou les 65°C environ (thé chaud).
Ces fluctuations de températures peuvent s’avérer significatives et venir superposer de la fatigue thermique à la fatigue mécanique déjà mentionnée. De plus, on peut avoir des phénomènes de corrosion par différence de température. On remarque que, la température restant relativement basse, ce sont ses fluctuations et non sa valeur moyenne qui posent problème.
Sous la rubrique biocompatibilité, on examine l’interaction entre la partie structurelle de l’implant et l’os de la mâchoire dans lequel il est fixé. En effet, on compte sur la régénération osseuse autour de l’implant pour assurer la fixation à long terme de ce dernier. Or, cette régénération est un processus continu dans le temps (les os se renouvellent en permanence). Il est évident qu’un matériau nonbiocompatible (rejeté par l’organisme et empêchant donc la repousse de l’os) ne sera jamais utilisable.
Par contre, même avec un matériau biocompatible, l’action des contraintes, des déplacements, de l’environnement et accessoirement de la température peuvent, après un certain temps, rendre le remodelage osseux défavorable autour de l’implant. Une fois le jeu initial crée, le déchaussement va se poursuivre par petits mouvements jusqu'à la chute de l’implant. Cet effet est bien entendu critique pour la durabilité du système.
En résumé, on peut dire que les effets de remodelage osseux défavorable (déchaussement progressif) et de corrosion (dégradation des propriétés mécaniques et esthétiques) dépendent fortement du temps et deviennent donc importants aux durées de vie que l’on vise. La complexité de ces deux phénomènes provient notamment de la multiplicité de leur cause. De plus, l’effet de fatigue mécanique ne peut pas être négligé au vu du grand nombre de cycles impliqués.

La prothèse dentaire se compose de quatre parties distinctes.

Comparaison entre dent naturelle et système de remplacement

Nous allons définir deux sous-systèmes qui pourront être traités de façon distincte selon les problèmes considérés
Le sous-système comprend la vis (implant), l’abutment (moignon) et l’armature de la couronne.
Le sous-système ne concerne que la partie visible de la couronne.

1. Liste des exigences
Nous avons défini cette liste de manière à bien mettre en valeur les principales caractéristiques et qualités de notre système. En effet, il est absolument fondamental dans notre cas d’obtenir une prothèse dentaire qui résiste correctement au milieu buccal, très agressif, ainsi qu’à toutes les contraintes mécaniques intervenant lors de la mastication, bruxisme,… . C’est pourquoi nous devons exiger du matériau utilisé, qu’il ait de bonnes caractéristiques dans les domaines mécanique et chimique.
Il est, par ailleurs, impossible de fabriquer un implant qui ne corresponde pas à certains critères d’hygiène et de biocompatibilité. On risquerait de voir la prothèse rejetée par le milieu organique ou entraîner des lésions.
Un autre aspect fondamental de notre système est que notre prothèse soit bien intégrée dans le milieu buccal au niveau esthétique. Cela nous a en effet paru très important de réussir à obtenir une dent qui ait la même couleur (ou dégradé de couleurs) que ses voisines ainsi qu’une forme permettant un bon contact avec les dents adjointes ou antagonistes.
Les aspects de coût ont un peu été mis à l’écart des priorités. Ils restent bien sur important mais il nous à paru beaucoup plus important de mettre l’accent sur l’accomplissement d’un travail bien fait au niveau esthétique et biocompatibilité, entre autre, que de payer 500.- de moins. Nous travaillons dans un domaine où on ne peut pas se permettre de lésiner les exigences médicales et de contraintes.
Les cas où seul l’un des deux systèmes requiert une exigence particulière sont clairement mentionnés. Dans le cas contraire, les exigences concernent les deux systèmes.
Pour chaque exigence, les lettres A, T et S correspondent au critère de celle-ci, soit :
A = critère absolu. T = critère avec tolérance. S = critère souhaitable.



Propriétés mécaniques
Limite résistant à la traction (T)
Rm > 400 MPa
Ténacité (T) KIc > 30 MPa.m1/2
Dureté (T) > 30
Densité (T) inférieure à 4510 kg/m3

Propriétés chimiques
Propriétés galvaniques (T) < 10-3 ohm cm
Inertie chimique (T)>20 ans (évaluation préclinique selon ISO 7045)
Biocompatibilité (T) ostéointégration en 8 semaines ou moins

2. Détermination des poids des critères


Nous nous fixons un poids total de 100.
Nous choisissons tout d’abord d’attribuer un poids à chaque catégorie d’exigences. Soit :
I. Fonction du produit 55
Propriétés mécaniques 30
Propriétés chimiques 25
II. Production et logistique 20
III. Economie coût 5
IV. Esthétique 20
Les poids pour chaque critère sont déterminés à l’aide d’une matrice (voir ci-dessous). Les symboles utilisés sont répertoriés dans le tableau ci-contre.



C1 Densité
C2 Limite résistant à la traction
C3 Tenacité
C4 Dureté de rockwell C
C5 Propriétés galvaniques
C6 Inertie chimique
C7 Biocompatibilité
C8 Stérilisation
C9 Mise en forme
C10 Tolérance dimensionnelle
C11 Economie -coût
C12 Matériau coloriable
C13 Stabilité à la couleur

Tableau des symboles pour l’attribution des poids.



Matrice n°1. Attribution des poids pour les critères de fonction du produit.

Propriétés mécaniques.




Matrice n°2. Attribution des poids pour les critères de fonction du produit.

Propriétés chimiques.



3. Limites du sujet et conseils

Ce travail est à limiter en une étude du sous système :
- l'implant, le moignon et l'armature constitueront le premier sous système. Notre recherche sera focalisée sur l’alumine, la zircone, un alliage titane, l’or et un carbure de niobium

[امنةاستحقاق وتميز]

[خادمة اللهاستحقاق وتميز]