不同刃狀邊緣補償角度的兩種氧化鋯全瓷冠斷裂強度的評價

楊 欣，李 榕，葉紅強，陳 虎，王 勇，周永勝△，孫玉春△

(北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院，1. 修復(fù)科, 2. 口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實驗室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點實驗室， 北京 100081)

氧化鋯陶瓷作為口腔全瓷修復(fù)材料，具有良好的生物相容性、優(yōu)越的機械性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能，在口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。傳統(tǒng)的氧化鋯材料因其晶體的折射率較高，光的散射大，可見光透射率較低，外觀上呈現(xiàn)白堊色[2-3]，難以模擬臨床上天然牙齒的顏色。為了使氧化鋯顏色能更加接近天然牙的色澤和半透明性，通常采用在其表面加飾面瓷的方式來改善美觀效果，但是由于飾面瓷與氧化鋯之間熱脹系數(shù)的不匹配，常導(dǎo)致飾面瓷崩瓷[4-6]。隨著氧化鋯材料的發(fā)展，出現(xiàn)了高半透明的氧化鋯材料、高透氧化鋯材料和多層氧化鋯材料。

本研究使用的多層氧化鋯材料是將6種不同顏色的基材按照天然牙的顏色漸變效果逐層融合在一整塊材料中，通過切削、燒結(jié)形成義齒，這種義齒與天然牙齒的頸部到切端顏色透明度逐漸遞減的趨勢相匹配，符合天然牙齒的顏色變化規(guī)律，美學(xué)效果進一步提升。這種由表層向底層機械強度逐層增加的多層氧化鋯材料，是否會影響全瓷冠的機械強度，尤其是后牙刃狀邊緣氧化鋯全瓷冠的機械強度有待研究。另外，在使用計算機輔助設(shè)計與制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)設(shè)計和加工氧化鋯全瓷冠時，牙冠邊緣線、鄰面接觸點和對牙的位置共同決定了牙冠的位置和大小，內(nèi)冠邊緣線和外冠邊緣線的位置共同決定了牙冠邊緣的厚度和形狀。內(nèi)冠邊緣線的位置由預(yù)備體肩臺終止線和粘接劑厚度決定，外冠邊緣線的位置由鄰面接觸點和內(nèi)冠邊緣線向外延伸的邊緣補償角度決定，該補償角度決定了牙冠邊緣的厚度和形態(tài)，補償角度的不同是否會影響氧化鋯全瓷冠的斷裂強度也缺乏相關(guān)研究報道。本研究使用多層氧化鋯全瓷材料和傳統(tǒng)均質(zhì)氧化鋯全瓷材料，研究邊緣補償角度和氧化鋯材料對氧化鋯全瓷冠斷裂強度的影響，為多層氧化鋯全瓷冠在口腔固定修復(fù)中的應(yīng)用和使用CAD/CAM設(shè)計刃狀邊緣氧化鋯全瓷冠時邊緣補償角度的設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

標(biāo)準(zhǔn)下頜第一磨牙樹脂牙購自日本松風(fēng)公司，鈷鉻合金代型由中國星火萬方公司制作，多層氧化鋯瓷塊和均質(zhì)氧化鋯瓷塊購自中國愛迪特公司，樹脂粘接劑和光固化燈購自美國3M 公司，三維牙頜模型掃描儀和CAD軟件購自德國Smart Optics公司，CAM軟件和燒結(jié)爐購自中國愛迪特公司，電子萬能試驗機購自美國英斯特朗公司。

1.2 樹脂牙預(yù)備體試件的制作

參考《口腔修復(fù)學(xué)》[7]中全瓷冠的預(yù)備要求進行牙體預(yù)備，面工作尖均勻磨除2 mm，非工作尖均勻磨除1.5 mm，軸面均勻磨除1 mm，形成聚合度為13°、各個部位無倒凹、無應(yīng)力集中區(qū)、點線角圓鈍的刃狀邊緣預(yù)備體(圖1)。

圖1 樹脂牙預(yù)備體Figure 1 Resin tooth preparation

1.3 鈷鉻合金代型的制作

使用三維牙頜模型掃描儀，對樹脂牙預(yù)備體進行掃描獲得三維數(shù)據(jù)，用選區(qū)激光熔化成型[8]的方法制作鈷鉻合金預(yù)備體代型60個。

1.4 氧化鋯全瓷冠的制作

將樹脂牙的三維數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入CAD軟件中，預(yù)設(shè)邊緣及內(nèi)部間隙為30 μm,分別設(shè)計30°、45°、60°三種不同邊緣補償角度的牙冠數(shù)字模型，水平牙冠邊緣a=0.3 mm,傾斜牙冠邊緣b=0.3 mm(圖2、3)。將這三種數(shù)字模型導(dǎo)入CAM軟件中，各加工10個多層氧化鋯全瓷冠和10個均質(zhì)氧化鋯全瓷冠，共60個。

a, horizontal edge of the crown; b, tilted edge of the crown; α, compensation angle of the edge of the crown.圖2 邊緣補償角度示意圖Figure 2 Schematic diagram of edge compensation angle

1.5 斷裂載荷檢測

嚴(yán)格按照樹脂粘接劑(ESPE RelyxTMU200，3M公司，美國)的使用說明書，將氧化鋯全瓷冠粘固在鈷鉻合金金屬代型上。初步固化后去除多余樹脂粘接劑，每個牙面光照20 s，在常溫下靜置24 h后進行斷裂載荷檢測。在電子萬能試驗機上，用直徑為6 mm的圓頭加載頭,以0.5 mm/min 的加載速度緩慢垂直加壓于全瓷冠的咬合面中央窩上，通過計算機進行監(jiān)測，荷位移曲線突然下降時便停止加載，此時計算機自動記錄各個牙冠折裂時的最大斷裂載荷(圖4)。

A, B, C, CAD software design completed; D, E, F, completion of CAM processing, which is consistent with the design perspective. CAD, computer aided design; CAM, computer aided manufacturing.圖3 用CAD/CAM設(shè)計加工的三種不同牙冠邊緣Figure 3 CAD/CAM design and processing of three different crown edge

圖4 斷裂載荷檢測Figure 4 Fracture strength test

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

采用 SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，通過單因素方差分析法比較不同邊緣補償角度設(shè)計對多層和均質(zhì)氧化鋯全瓷冠斷裂載荷的影響。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間兩兩比較用獨立樣本t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

多層和均質(zhì)氧化鋯全瓷冠的平均斷裂載荷，30°組分別為 (4 322.86±610.07) N和(5 914.12±596.80) N，45°組分別為(5 264.82±883.76) N和(5 220.83±563.38) N，60°組分別為(4 900.42±345.41) N和(5 050.22±560.24) N，其中30°組中多層氧化鋯全瓷冠的斷裂載荷明顯小于均質(zhì)氧化鋯全瓷冠的斷裂載荷(P<0.05)， 45°組、60°組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。在多層氧化鋯全瓷冠組中，30°組氧化鋯全瓷冠的斷裂載荷明顯低于45°組(P<0.05)， 30°組與60°組、45°組與60°組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。在均質(zhì)氧化鋯全瓷冠組中，30°組高于45°組，30°組高于60°組(P<0.05)，45°組與60°組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

3 討論

斷裂載荷是評價修復(fù)體機械性能的一項重要指標(biāo)，本研究斷裂強度的測定方法是采用緩慢垂直的壓力加載于全瓷冠的咬面中央窩上，而臨床上牙冠咬面所受的力更多是間斷的負(fù)載。由本研究結(jié)果可以看出，所有試件的斷裂載荷普遍較大。影響修復(fù)體斷裂載荷的因素有牙冠面厚度、預(yù)備體邊緣設(shè)計、加工方式、表面處理、材料和環(huán)境等，其中面厚度對其影響最大。隨著氧化鋯全瓷冠面厚度的增加，抗壓縮強度也隨之增加[9-10]。Weigl等[11]研究了一種單片氧化鋯全瓷冠的微創(chuàng)制備方法及其厚度，結(jié)果表明，無論采取何種粘接方式，0.5 mm厚的氧化鋯全瓷冠具有足夠的強度來承受生理功能。Nakamura等[12]研究了粘接劑對整體氧化鋯全冠斷裂強度的影響，結(jié)果表明，當(dāng)氧化鋯全冠的最小厚度為0.5 mm時，無論粘接劑類型如何，都具有良好的抗斷裂性能。Zhang等[13]評價了梯度氧化鋯和表面飾瓷氧化鋯的抗剝脫能力，結(jié)果表明，梯度氧化鋯的抗剝脫能力是表面加飾面瓷氧化鋯的4倍以上。本研究中試件面厚度不小于1 mm，所有試件的斷裂載荷普遍較大，可能與面厚度較大有關(guān)，建議在使用刃狀邊緣多層氧化鋯全瓷冠修復(fù)體時，可以適當(dāng)減小面厚度。另外，肩臺類型對氧化鋯全瓷冠的強度也有影響。Mitov等[14]評價了不同肩臺預(yù)備形態(tài)和疲勞測試對整體氧化鋯全瓷冠斷裂性能的影響，結(jié)果表明，刃狀肩臺設(shè)計制作的氧化鋯全冠的抗壓縮破壞力(5 712 N)明顯高于肩臺設(shè)計的氧化鋯全瓷冠抗壓縮破壞力(3 414 N)，因此，本實驗中斷裂載荷較大可能與氧化鋯全瓷冠的刃狀邊緣類型有關(guān)。

有一些學(xué)者就刃狀邊緣的氧化鋯全瓷冠能否滿足臨床要求做了些相關(guān)研究。Comlekoglu等[15]對不同邊緣設(shè)計制得的氧化鋯全瓷冠的邊緣適合性做了研究，結(jié)果表明，刃狀邊緣氧化鋯全瓷冠的邊緣間隙明顯小于其他邊緣類型的氧化鋯全瓷冠。Beuer等[16]對不同邊緣設(shè)計對氧化鋯全瓷冠抗折強度的影響做了體外研究，發(fā)現(xiàn)刃狀邊緣設(shè)計制作的氧化鋯全瓷冠抗折強度(2 041 N)接近有角肩臺氧化鋯全瓷冠抗折強度(2 286 N)，并且優(yōu)于其他邊緣設(shè)計制作的氧化鋯全瓷冠修復(fù)體。Poggio等[17]對102顆具有刃狀邊緣的氧化鋯單冠的臨床存活率做了回顧性分析，在平均觀察期為20.9個月后，發(fā)現(xiàn)刃狀邊緣的氧化鋯單冠有100%的存活率，其臨床存活率與其他邊緣設(shè)計制作的單冠相似。從本研究結(jié)果來看，無論是刃狀邊緣的均質(zhì)氧化鋯全瓷冠還是刃狀邊緣的多層氧化鋯全瓷冠，其斷裂載荷均能滿足臨床要求。

由本研究結(jié)果可以看出，在均質(zhì)氧化鋯全瓷冠中，斷裂載荷隨著邊緣補償角度的增大而減小，這可能是因為邊緣補償角度越大，邊緣越薄，抵抗應(yīng)力的能力越小所致，而在多層氧化鋯全瓷冠中，邊緣補償角度為45°時，斷裂載荷最大，邊緣補償角度為60°時，斷裂載荷次之，邊緣補償角度為30°時，斷裂載荷最小，這可能與多層氧化鋯全瓷冠軸面材質(zhì)不均一、抵抗側(cè)向力的能力差有關(guān)，這需要進一步的研究。多層氧化鋯全瓷冠與均質(zhì)氧化鋯全瓷冠相比，只有當(dāng)邊緣補償角度較小時(30°)時差異有統(tǒng)計學(xué)意義，而當(dāng)邊緣補償角度較大(45°、60°)時，多層氧化鋯全瓷冠與均質(zhì)氧化鋯全瓷冠相比，斷裂載荷差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這可能是因為當(dāng)邊緣補償角度較小時，邊緣厚度較大，在燒結(jié)過程中體積收縮較小，邊緣密合度較小，抵抗側(cè)向力的能力大，而多層的氧化鋯全冠因軸面材質(zhì)不均一，抵抗側(cè)向力的能力差，這還有待進一步的研究，因此，在使用傳統(tǒng)均質(zhì)氧化鋯全瓷冠時，推薦使用較小的邊緣補償角度，而在使用多層氧化鋯全瓷冠時，推薦使用的邊緣補償角度為45°，但在本實驗條件下，三種不同邊緣補償角度制作的均質(zhì)和多層氧化鋯全瓷冠均能滿足臨床要求，其能承受的咬合力遠大于正常人體最大咬合力[18]。

在CAD/CAM制作刃狀邊緣氧化鋯全瓷冠時，邊緣補償角度對氧化鋯全瓷冠的斷裂強度有影響，但是氧化鋯全瓷冠材料均質(zhì)性影響其具體表現(xiàn)。對于傳統(tǒng)的均質(zhì)氧化鋯全瓷冠，補償角度越小，斷裂強度越大，而在多層氧化鋯全瓷冠中，由于全瓷冠軸面材料不均一，而影響全瓷冠的斷裂強度。在本實驗條件下，三種不同邊緣補償角度制作的均質(zhì)和多層氧化鋯全瓷冠的斷裂載荷均能滿足臨床要求，因此，在使用傳統(tǒng)氧化鋯全瓷冠時，推薦使用較小的邊緣補償角度，而在使用多層氧化鋯全瓷冠時，推薦使用的邊緣補償角度為45°。