CAD/CAM个性化瓷基台的研究现状

李洋阳，邹丽峰 (巴兹医学院口腔医学部,伦敦 英国)

随着人民生活水平的提高以及种植技术的逐渐成熟，近年来越来越多的缺失牙患者选择种植修复。种植修复的基本结构包括了种植体、基台以及基台上修复体三部分。基台作为连接整个种植体结构的关键部分，其结构和性能对患者牙体修复的功能及美观起到重要作用。成品基台由于形态固定，适应症相对狭窄，很难满足大部分患者对牙体修复美学要求。计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术和全瓷材料在口腔领域的逐步发展，为患者个性化全瓷修复提供了可能。其高效性、高美观性及高精度，受到了越来越多临床医生以及患者的喜欢。本文将从个性化瓷基台的分类、特点和性能、研究和展望进行概述。

1 个性化瓷基台的分类

种植基台是种植修复当中变化最大的一个部分，瓷基台也不例外。瓷基台和上部修复体统称为种植修复上部结构。市场上所存在的种植系统都有其配套的瓷基台，例如ITI系统、Branemark系统、奥齿泰系统和Anklos系统等[1]。由于制作工艺的差别，瓷种植基台可分为预成型的成品基台和个性化基台两种[2]。其中个性化瓷基台可根据材料的不同分为以下几种。

1.1 氧化铝个性化基台

在口腔种植领域，第一个陶瓷基台就是在1993年以氧化铝陶瓷为材料制成的，并发现该材料具有好的生物相容性和抗腐蚀性，但机械强度方面不及金属烤瓷[3]。随着研究不断进展，诺贝尔公司(Noble Biocare)研发了高度烧结且可个性化定制的氧化铝基台(CerAdapt abutment)，并对其机械性能不足做出了改进[3-4]。CerAdapt基台的出现推进了瓷基台在口腔临床的使用。此外，国内有学者通过CAD/CAM技术和玻璃渗透技术对预成的氧化铝块进行了力学分析和显微结构的观察，发现部分烧结的氧化铝可以满足口腔CAD/CAM技术的切削要求[5]。至于氧化铝基台的美学修复效果如何，骆小平等国内学者的临床实验表明,该种瓷基台修复达到了患者的期望，修复效果接近天然牙[6]。但是有研究证明，氧化铝基台的断裂率要略高于金属基台[7]。

1.2 氧化锆个性化基台

1892年，氧化锆最初被发现，并被视为一种难熔性的材料被广泛应用[8]。但研究发现纯氧化锆的材料存在晶型转变等问题，且易发生断裂从而造成机械性能的下降；而掺和了一些少量其他元素(CaO、MgO、Y2O3)的氧化锆，具有稳定的晶型和更好的机械性能[9]。基于这种发现，完全稳定氧化锆(FSZ)、部分稳定氧化锆(PSZ)和钇锆陶瓷(Y-TZP)等掺杂其他元素的氧化锆陶瓷被广泛应用。基于钇锆陶瓷拥有出色的力学性能和稳定性，登士柏西诺德公司在2001开始将其应用于CAD/CAM切削材料。在2006年，氧化锆被作为了一种种植基台材料应用于临床[9]。氧化锆陶瓷材料与钛金属材料相比在种植领域具有好的美学实现。钛(Ti)作为传统的种植材料，在前牙美学当中有时因为龈染色问题而影响美观，而氧化锆材料能够最大限度还原天然牙颜色[10]。此外，相比于氧化铝陶瓷，氧化锆材料具有更优越的机械性能和生物安全性[10-11]。

1.3 氧化锆氧化铝复合陶瓷

氧化锆增韧氧化铝(ZTA)是一种典型的氧化锆氧化铝复合陶瓷，其构成是由大部分氧化铝为主要相，然后在其中加入一定比例的氧化锆而形成的一种复合陶瓷。ZTA和单纯的氧化铝陶瓷相比，具有更好的弯曲强度和断裂韧性[12]。VITA公司生产的In-Ceram陶瓷就属于ZTA陶瓷，In-Ceram陶瓷的力学性能满足了口腔临床修复的要求[13]。有实验证实氧化锆氧化铝复合陶瓷可作为CAD/CAM加工切削的材料并应用于口腔临床,且其生物相容性也达到了临床种植使用的标准[14]。

1.4 二硅酸锂玻璃陶瓷

二硅酸锂玻璃陶瓷主要由两种成分构成：二硅酸锂晶体和玻璃基体。当一种陶瓷材料的玻璃相比例越高时，其透光性能和美学性能就越好[15]。所以和氧化锆陶瓷相比，二硅酸锂玻璃陶瓷具有更加优秀的美学性能[15]。近年来基于二硅酸锂玻璃陶瓷较好的机械性能、美学性能(半透明性)以及符合临床标准的生物相容性，其应用在口腔修复领域受到了广泛的关注[16]。市场上主流的二硅酸锂玻璃陶瓷包括IPS e.max和IPS e.max CAD两种[17]。其中IPS e.max CAD作为CAD/CAM的切削材料，相比于其他陶瓷切削材料，具有最为优秀的美学性能。配合其公司Ivoclar Vivadent粘结系统，可达到理想的粘结效果。

2 个性化瓷基台特点

2.1 机械性能

在四种材料中，Y-TZP陶瓷具备较好的弯曲强度和断裂韧度，而ZTA在硬度方面足够出色。四种陶瓷的机械性能基本都满足了临床修复的需求，但是，四种瓷基台中断裂韧度最高的Y-TZP瓷基台，其断裂韧度也仅为钛基台的十分之一左右[9]。这也解释了个性化瓷基台在临床的断裂率高于金属基台的原因[7]。

Furuya等还对氧化锆基台在体外模拟人工老化的条件下进行了断裂负载、相的稳定等方面的测试，以期进一步验证瓷基台材料口腔应用的可能性[18]。此外，个性化种植瓷基台的临床应用，除了要考虑这些力学性能以外，还要考虑材料的疲劳因素，因为种植材料要在口腔环境中经受咀嚼等复杂力学环境。目前大多数对于口腔材料的动态疲劳试验都是根据ISO 14801：2007标准来模拟的。而对于种植部件的应力分析，目前主要的方法有电测法、电阻应变片测试法、光弹分析法和有限元分析法。由于口腔的复杂环境，而有限元分析法操作便捷易行，只需理论数据分析不用具体试验，因此使用较多[19]。

2.2 生物学性能

根据ISO 7406标准，材料的生物学评价测试分为初步试验、二期试验和应用试验三个阶段[20]。

对于种植基台材料的生物安全性，国内许多学者采取了MTT法(四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法)体外细胞毒性试验、溶血试验、皮下埋植试验和口腔黏膜刺激等试验来进行验证，其结果均表明瓷基台的生物安全性和生物相容性符合临床使用标准[21]。此外，有学者通过免疫组化的方法，分别对炎性成分在钛愈合帽和全瓷愈合帽周围的软组织中的表达进行了对比，发现全瓷材料的愈合帽比钛的表达要低[2]。同时，在细菌附着方面，全瓷中的氧化锆与钛金属也有统计学意义上的差别，有实验指出细菌的覆盖程度在氧化锆表面为12.1%，而在钛金属表明其覆盖率要高7%左右[22]。种种实验均表明，瓷基台比传统的钛金属基台具有更好的生物相容性。有临床的回顾性研究也证实:个性化的瓷基台比钛金属基台具有更好的美学效果，其种植后的并发症主要是机械性并发症，炎症并发症较少[23]。

2.3 边缘适合性

种植基台的边缘适合性包括了修复体-基台之间和基台-种植体之间两部分。种植基台的边缘适合性是评价个性化种植修复的一个重要指标。基台的边缘密合程度，也在一定程度上影响了细菌附着率和炎症发生的概率，从而间接影响了患者种植体修复的成功率和使用寿命。对于修复体和基台之间，Branemark认为修复体和基台的适应性应小于10 μm[24]，美国牙科学会则认为该间隙应小于40 μm。而目前学术界广泛认可的间隙大小是在百微米左右[25]。对于基台和种植体之间，有实验认为虽然和钛基台相比，瓷基台的自由旋转略大，但都符合临床使用要求[26]。目前已有大量的研究认为CAD/CAM技术切削的瓷基台在边缘适合性上，满足临床种植的标准[26-27]。也有部分学者认为如果基台和种植体分别采用不同厂家系统生产，其边缘适合性会有显著差异但都符合临床使用标准[28]。但如何选择CAD/CAM基台系统和种植系统才能最大限度地增强边缘适合性还需要进一步的研究。但总体上讲，CAD/CAM个性化基台边缘适合性略低于钛基台，这可能是造成其螺丝松解发生率高于钛基台的原因。

3 CAD/CAM个性化基台系统

相较于CT和CBCT技术，CAD/CAM技术实现了三维立体数据地导入和虚拟测量设计，并成为了口腔领域一门新兴技术。CAD/CAM技术是通过机械或光学扫描，将物体的三维结构及其位置关系等转换成STL文件格式，并通过数控机床等方法，完成对所需样本的数字化加工制作。目前市场存在的主流的可以实现CAD/CAM个性化基台制作的系统包括以下几种(见表1)[29]。其中登士柏公司和西诺德公司在2016年合并成为一家公司。

表 1 CAD/CAM个性化基台系统

在诸多CAD/CAM系统当中，均可以采用氧化锆陶瓷为材料进行个性化修复设计，其中Nobel BiocareMT公司的Procera@系统，还可以使用氧化铝陶瓷为材料进行进行个性化设计[30]。此外，Procera@系统设计的基台主要应用于Branemark系统。虽然也可用于其他的种植体系，但就边缘适合性来讲，Procera系统与Branemark系统匹配程度最高[31]。对于CAD/CAM个性化基台的临床回顾，有临床随访研究证实各个系统短期内均具有较好的美学修复效果且修复后的并发症较少，但长期的临床报道较少[32]。

4 总结与展望

CAD/CAM个性化基台作为近年来一个新兴的应用，其优点在于：①美学性能好，瓷基台颜色更加接近天然牙体颜色，个性化的设计可以满足不同患者的需求。与成品基台相比，其适应症更加广泛。②生物相容性好，与传统钛基台相比，瓷基台的细菌附着更少，种植后的炎症发生概率低。③效率高，CAD/CAM技术可以缩短时间成本，减少种植修复的时间以及减少患者的等待时间。但CAD/CAM目前也有其不足之处：①机械性能有所欠缺。虽然瓷基台的机械性能已满足临床使用的要求，但与传统钛基台相比，其机械性能，特别是断裂韧度还有所不足，这也造成了临床上瓷基台断裂的发生。②边缘适合性不强。虽符合临床标准，但密合性明显弱于传统钛基台，这一点在使用不同的种植体系时尤为明显。边缘的不适合也有可能造成螺丝松动，从而使种植失败。③长期临床效果观察不足。对于个性化瓷基台的报道，目前只限于短期或者几年内的观察，长期的成功率与美学效果如何，还需要进一步的报道。

总体来讲，CAD/CAM个性化瓷基台在口腔种植领域有较好的发展前景。目前也有学者致力于提高瓷基台材料的机械性能和边缘的适合性。如果瓷基台的机械性能可以全面优于钛基台，且对于个性化的CAD/CAM系统能有一个标准化的操作规范，则个性化瓷基台将有可能全面替代钛基台。尤其是在前牙种植当中，成为首选的修复方法。