二硅酸锂陶瓷和氧化锆髓腔固位冠的面厚度设计对抗折性能的影响

林珍香 潘在兴 叶起清 郑志强 林捷

1.福建省级机关医院口腔科，福州 350001；2.福建医科大学附属口腔医院特诊科，福州 350002

根管治疗后的牙齿（endodontically treated teeth，ETT）由于牙齿硬组织的形态和结构变化，发生折裂的风险大大增加，其修复设计被广泛研究[1-4]。近年来随着计算机辅助设计/计算机辅助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技术、粘接技术和全瓷材料的发展，一类不需要大量磨除牙体组织的髓腔固位冠（endocrown）修复技术[5]在临床上备受关注。目前的研究多集中在临床研究[4,6]和有限元分析上[7-9]，临床上对髓腔固位冠厚度的设计多凭经验，还无可用的实验数据。本研究探讨了二硅酸锂陶瓷和氧化锆制作下颌第一磨牙髓腔固位冠的面厚度设计对抗折力的影响，为临床修复设计及材料选择提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验器材

下颌第一磨牙树脂仿真牙（东莞建城模具制作有限公司），弹性模量20 GPa，泊松比0.3，牙冠形态参考《中国人牙体测量和统计资料表》数据[10]，冠龈距7.5～8.0 mm，冠近远中径11.2 mm，冠颊舌径10.5 mm，颈近远中径8.9 mm，颈颊舌径8.6 mm，根部为颈部形态向下延伸，无髓腔及根管。

IPS e.max CAD二硅酸锂陶瓷、5%氢氟酸凝胶（IPS Ceramic Etching Gel）（Ivoclar Vivadent公司，列支敦士登），绚彩渐变全瓷义齿氧化锆[爱迪特（秦皇岛）科技股份有限公司]，自凝塑料（上海医疗器械股份有限公司齿科材料厂），Diatech金刚砂车针（Coltene公司，瑞士），ARTPOL电子数显卡尺（江苏靖江量具有限公司），RelyX Ultimate Clicker树脂水门汀粘接系统、Elipar S10光固化灯（3M ESPE公司，美国），三维扫描仪（3Shape D750 optical scanner，3Shape公司，丹麦），Zenotec CAD/CAM系统（Wieland Dental公司，德国），TC-501-F冷热循环仪（苏州威尔实验用品有限公司），AGS-X万能材料实验机（Shimadzu公司，日本）。

1.2 试件的制备和分组

将24个树脂仿真牙包埋在自凝塑料中，埋入位置为釉牙骨质界下2.0 mm。根据修复设计（冠部材料及厚度）的不同，将试件分为4组，每组6个试件。1）二硅酸锂2 mm组：采用二硅酸锂陶瓷制作修复体，面厚度2 mm，固位体长4 mm；2）二硅酸锂4 mm组：采用二硅酸锂陶瓷制作修复体，面厚度4 mm，固位体长2 mm；3）氧化锆2 mm组：采用氧化锆制作修复体，面厚度2 mm，固位体长4 mm；4）氧化锆4 mm组：采用氧化锆制作修复体，面厚度4 mm，固位体长2 mm。

1.3 冠部修复体制作和粘接

用金刚砂车针将冠部预备成2种髓腔固位冠设计形式（图1），使用电子数显卡尺确认仿真基牙试件尺寸，精确度0.1 mm。固位形为圆台状洞形，方底面直径2.2 mm，龈方底面直径2.0 mm，避免形成倒凹。预备后的仿真基牙使用三维扫描仪扫描后，使用统一的下颌第一磨牙解剖形态制作二硅酸锂陶瓷和氧化锆修复体。

图1 试件设计示意图Fig 1 Schematic diagrams of test piece design

氧化锆修复体预粘接面用110 μm的氧化铝颗粒在空气压力0.28 MPa、距离10 mm喷砂10 s[11]，清洗吹干。二硅酸锂陶瓷修复体粘接面使用氢氟酸处理20 s，清洗吹干。

在修复体和仿真基牙粘接面上，用小毛刷均匀涂布RelyX Ultimate Clicker粘接系统配套的Scotchbond Universal Adhesive，静置20 s，气枪轻吹5 s使之成为一薄层，光固化灯固化粘接剂10 s。树脂水门汀严格按产品要求调拌后，涂布于修复体粘接面上，在10 N压力下粘接，去除溢出的水门汀，颊侧、舌侧和面均光照固化20 s。在37 ℃水浴中保存24 h，5 ℃和55 ℃水中冷热循环处理10 000次后测试抗折力。冷热循环水中停留时间为20 s，移动时间5 s。

1.4 抗折力及折裂方式

将试件和自制测试夹具置于万能试验机上（图2），万能试验机与牙长轴呈135°，位移速度为0.5 mm·min-1，在颊尖加载[12]，测定折裂载荷（N），并观察折裂方式。根据折裂线的位置，将折裂方式结果分为可再次修复（折裂线在釉牙骨质界以上）和不可再次修复（折裂线在釉牙骨质界以下）。

图2 试件和夹具置于万能试验机上Fig 2 Specimen and jig placed on universal testing machine

1.5 统计分析

采用SPSS 15.0 软件对数据进行统计分析。行方差齐性Levene检验后，采用一元方差分析（oneway ANOVA）评估不同冠部材料和厚度的修复设计对髓腔固位冠的抗折力影响，Tukey’s HSD检验进行各组间的两两比较。

2 结果

一元方差分析结果显示，不同修复设计对髓腔固位冠的抗折力影响有统计学意义（F=33.67，P＜0.01）。4组的抗折力均值及Tukey’s HSD多重比较结果见表1。氧化锆4 mm组的抗折力最高（3 847.70 N±495.99 N），二硅酸锂2 mm组的抗折力最低（890.54 N±83.41 N）。

表1 各组的抗折力及Tukey’s HSD检验比较结果Tab 1 Fracture resistance and Tukey’s HSD test of every group

折裂方式结果见表2，典型的折裂试件见图3。二硅酸锂2 mm组的破坏都发生在修复体，均可再次修复，氧化锆4 mm组仅33%可再次修复。二硅酸锂陶瓷2 mm组和4 mm组的面修复体多发生破坏，氧化锆2 mm组多发生固位体和面连接处折裂，氧化锆4 mm组修复体和固位体多不发生折裂，而发生牙体折裂。

表2 各组的折裂方式Tab 2 Fracture mode distribution of each group

图3 折裂试件Fig 3 Fracture test pieces

3 讨论

完整的下颌第一磨牙离体牙不易获得，且大小、形态等不统一，实验数据往往差异较大。本研究采用标准和一致性好的树脂仿真牙进行实验，其弹性模量和泊松比与天然牙牙本质接近[12]，但韧性等物理性能和天然牙体组织存在差别，因此实验结果的临床参考价值会受到一些影响。研究[13-15]中髓腔固位冠的厚度设计从1.5～6 mm不等，当牙冠大面积缺损时修复体厚度可达4 mm以上。本研究中，圆台状固位形的底面直径依据以下两方面设计为2.0～2.2 mm：1）髓腔的近远中径和颊舌径平均距离分别为3.4 mm和2.8 mm，近中两根管口距离2 mm，近远中根管口距离3 mm[16]，随着年龄增长髓腔逐渐变小；2）临床牙体预备时尽量保留牙体组织，髓腔内多余空间可使用流体树脂充填消除倒凹，获得较为平坦光滑的髓腔固位形。本研究将面到髓室底的可利用总长度设计为6 mm，这与Tribst等[13]的研究一致，通过改变髓腔固位冠面厚度和固位长度的比例进行测试。磨牙髓腔固位冠的设计也有其他不同形式，如延长边缘包绕颊舌侧牙体等，本研究选择仅覆盖面的设计形式是为了让厚度这一比较因素更单纯。

本实验采用的绚彩渐变全瓷义齿氧化锆为多层色氧化锆材料，烧结后无需内染色而直接带有颜色梯度，透明度较传统氧化锆好，但强度有所降低[17]。从实验结果可见，氧化锆较二硅酸锂陶瓷材料有更高的抗折力，这与Skalskyi等[18]应用声发射法（acoustic emission）对髓腔固位冠的研究结论一致。氧化锆的抗弯强度和硬度约为二硅酸锂陶瓷的2倍，断裂韧性约为2.5倍，弹性模量约为4倍[19-21]。本研究中，二硅酸锂2 mm组中的折裂方式均为修复体破坏，而牙体完好，说明2 mm的二硅酸锂修复体抗力形较弱，但对基牙形成了保护；4 mm的二硅酸锂修复体增加了厚度，提高了抗力形，抗折力与氧化锆2 mm组的抗折力结果类似，但可再次修复比例不同，二硅酸锂4 mm组仅50%可再修复，而氧化锆2 mm组可再修复率达到83%。Tribst等[13]的有限元研究表明，髓腔固位冠材料的弹性模量越高，修复体的应力集中程度越高，粘接水门汀上的应力集中程度越低；剩余牙体组织越多，修复体应力集中程度越高，即更有利于保护基牙，但修复体更容易被破坏。因此从修复材料的角度来说，使用高强度的氧化锆材料有利于提高整体抗折力。Kanat-Ertürk等[22]对前牙髓腔固位冠的研究表明，弹性模量高的氧化锆抗折力最高。

无论氧化锆还是二硅酸锂陶瓷，从2 mm到4 mm增加髓腔固位冠的面厚度均增加了磨牙的抗折力，但4 mm组折裂后的试件可再次修复比例仅为33%和50%，二硅酸锂4 mm组和氧化锆4 mm组多为牙体发生折裂，二硅酸锂2 mm组和氧化锆2 mm组多为修复体破坏。这说明4 mm组虽然提高了修复体抗力形，但也造成牙体抗力形的下降。因此，牙体和修复体的抗力形是一个平衡关系，需要根据修复体材料的力学性能，在一定范围内磨除牙体，留给修复体合适的空间。

临床上固位形态不佳往往造成氧化锆修复体脱落失败。而在本实验结果中，固位体长度减少对磨牙抗折力的影响未表现出来，固位体长度减少抗折力反而增加。主要原因有以下两个。第一，本实验进行了5～55 ℃水中冷热循环，但没有进行力循环加载，这使得固位体短的修复体劣势未表现出来。第二，与加力方向有关，本实验在下颌第一磨牙的功能尖加载获得抗折力数据，而临床上的力更加复杂多变。

基于本实验研究结果，磨牙髓腔固位冠使用氧化锆较二硅酸锂陶瓷有更高的抗折力，增加修复体面厚度可提高抗折力，但增加了基牙折裂风险，临床工作中应综合考虑临床牙冠高度、剩余牙体的抗折强度和修复材料进行设计。对于固位体设计的影响和力循环的耐久性能还有待进一步研究。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。