不同刃状边缘补偿角度的两种氧化锆全瓷冠断裂强度的评价

杨 欣，李 榕，叶红强，陈 虎，王 勇，周永胜△，孙玉春△

(北京大学口腔医学院·口腔医院，1. 修复科, 2. 口腔医学数字化研究中心 国家口腔疾病临床医学研究中心 口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 口腔数字医学北京市重点实验室， 北京 100081)

氧化锆陶瓷作为口腔全瓷修复材料，具有良好的生物相容性、优越的机械性能和稳定的化学性能，在口腔修复学领域有着广阔的应用前景[1]。传统的氧化锆材料因其晶体的折射率较高，光的散射大，可见光透射率较低，外观上呈现白垩色[2-3]，难以模拟临床上天然牙齿的颜色。为了使氧化锆颜色能更加接近天然牙的色泽和半透明性，通常采用在其表面加饰面瓷的方式来改善美观效果，但是由于饰面瓷与氧化锆之间热胀系数的不匹配，常导致饰面瓷崩瓷[4-6]。随着氧化锆材料的发展，出现了高半透明的氧化锆材料、高透氧化锆材料和多层氧化锆材料。

本研究使用的多层氧化锆材料是将6种不同颜色的基材按照天然牙的颜色渐变效果逐层融合在一整块材料中，通过切削、烧结形成义齿，这种义齿与天然牙齿的颈部到切端颜色透明度逐渐递减的趋势相匹配，符合天然牙齿的颜色变化规律，美学效果进一步提升。这种由表层向底层机械强度逐层增加的多层氧化锆材料，是否会影响全瓷冠的机械强度，尤其是后牙刃状边缘氧化锆全瓷冠的机械强度有待研究。另外，在使用计算机辅助设计与制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)设计和加工氧化锆全瓷冠时，牙冠边缘线、邻面接触点和对牙的位置共同决定了牙冠的位置和大小，内冠边缘线和外冠边缘线的位置共同决定了牙冠边缘的厚度和形状。内冠边缘线的位置由预备体肩台终止线和粘接剂厚度决定，外冠边缘线的位置由邻面接触点和内冠边缘线向外延伸的边缘补偿角度决定，该补偿角度决定了牙冠边缘的厚度和形态，补偿角度的不同是否会影响氧化锆全瓷冠的断裂强度也缺乏相关研究报道。本研究使用多层氧化锆全瓷材料和传统均质氧化锆全瓷材料，研究边缘补偿角度和氧化锆材料对氧化锆全瓷冠断裂强度的影响，为多层氧化锆全瓷冠在口腔固定修复中的应用和使用CAD/CAM设计刃状边缘氧化锆全瓷冠时边缘补偿角度的设计提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

标准下颌第一磨牙树脂牙购自日本松风公司，钴铬合金代型由中国星火万方公司制作，多层氧化锆瓷块和均质氧化锆瓷块购自中国爱迪特公司，树脂粘接剂和光固化灯购自美国3M 公司，三维牙颌模型扫描仪和CAD软件购自德国Smart Optics公司，CAM软件和烧结炉购自中国爱迪特公司，电子万能试验机购自美国英斯特朗公司。

1.2 树脂牙预备体试件的制作

参考《口腔修复学》[7]中全瓷冠的预备要求进行牙体预备，面工作尖均匀磨除2 mm，非工作尖均匀磨除1.5 mm，轴面均匀磨除1 mm，形成聚合度为13°、各个部位无倒凹、无应力集中区、点线角圆钝的刃状边缘预备体(图1)。

图1 树脂牙预备体Figure 1 Resin tooth preparation

1.3 钴铬合金代型的制作

使用三维牙颌模型扫描仪，对树脂牙预备体进行扫描获得三维数据，用选区激光熔化成型[8]的方法制作钴铬合金预备体代型60个。

1.4 氧化锆全瓷冠的制作

将树脂牙的三维数据模型导入CAD软件中，预设边缘及内部间隙为30 μm,分别设计30°、45°、60°三种不同边缘补偿角度的牙冠数字模型，水平牙冠边缘a=0.3 mm,倾斜牙冠边缘b=0.3 mm(图2、3)。将这三种数字模型导入CAM软件中，各加工10个多层氧化锆全瓷冠和10个均质氧化锆全瓷冠，共60个。

a, horizontal edge of the crown; b, tilted edge of the crown; α, compensation angle of the edge of the crown.图2 边缘补偿角度示意图Figure 2 Schematic diagram of edge compensation angle

1.5 断裂载荷检测

严格按照树脂粘接剂(ESPE RelyxTMU200，3M公司，美国)的使用说明书，将氧化锆全瓷冠粘固在钴铬合金金属代型上。初步固化后去除多余树脂粘接剂，每个牙面光照20 s，在常温下静置24 h后进行断裂载荷检测。在电子万能试验机上，用直径为6 mm的圆头加载头,以0.5 mm/min 的加载速度缓慢垂直加压于全瓷冠的咬合面中央窝上，通过计算机进行监测，荷位移曲线突然下降时便停止加载，此时计算机自动记录各个牙冠折裂时的最大断裂载荷(图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.图3 用CAD/CAM设计加工的三种不同牙冠边缘Figure 3 CAD/CAM design and processing of three different crown edge

图4 断裂载荷检测Figure 4 Fracture strength test

1.6 统计学分析

采用 SPSS 22.0软件进行统计学分析，通过单因素方差分析法比较不同边缘补偿角度设计对多层和均质氧化锆全瓷冠断裂载荷的影响。计量资料以均数±标准差表示，组间两两比较用独立样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

多层和均质氧化锆全瓷冠的平均断裂载荷，30°组分别为 (4 322.86±610.07) N和(5 914.12±596.80) N，45°组分别为(5 264.82±883.76) N和(5 220.83±563.38) N，60°组分别为(4 900.42±345.41) N和(5 050.22±560.24) N，其中30°组中多层氧化锆全瓷冠的断裂载荷明显小于均质氧化锆全瓷冠的断裂载荷(P<0.05)， 45°组、60°组差异无统计学意义(P>0.05)。在多层氧化锆全瓷冠组中，30°组氧化锆全瓷冠的断裂载荷明显低于45°组(P<0.05)， 30°组与60°组、45°组与60°组差异无统计学意义(P>0.05)。在均质氧化锆全瓷冠组中，30°组高于45°组，30°组高于60°组(P<0.05)，45°组与60°组差异无统计学意义(P>0.05)。

3 讨论

断裂载荷是评价修复体机械性能的一项重要指标，本研究断裂强度的测定方法是采用缓慢垂直的压力加载于全瓷冠的咬面中央窝上，而临床上牙冠咬面所受的力更多是间断的负载。由本研究结果可以看出，所有试件的断裂载荷普遍较大。影响修复体断裂载荷的因素有牙冠面厚度、预备体边缘设计、加工方式、表面处理、材料和环境等，其中面厚度对其影响最大。随着氧化锆全瓷冠面厚度的增加，抗压缩强度也随之增加[9-10]。Weigl等[11]研究了一种单片氧化锆全瓷冠的微创制备方法及其厚度，结果表明，无论采取何种粘接方式，0.5 mm厚的氧化锆全瓷冠具有足够的强度来承受生理功能。Nakamura等[12]研究了粘接剂对整体氧化锆全冠断裂强度的影响，结果表明，当氧化锆全冠的最小厚度为0.5 mm时，无论粘接剂类型如何，都具有良好的抗断裂性能。Zhang等[13]评价了梯度氧化锆和表面饰瓷氧化锆的抗剥脱能力，结果表明，梯度氧化锆的抗剥脱能力是表面加饰面瓷氧化锆的4倍以上。本研究中试件面厚度不小于1 mm，所有试件的断裂载荷普遍较大，可能与面厚度较大有关，建议在使用刃状边缘多层氧化锆全瓷冠修复体时，可以适当减小面厚度。另外，肩台类型对氧化锆全瓷冠的强度也有影响。Mitov等[14]评价了不同肩台预备形态和疲劳测试对整体氧化锆全瓷冠断裂性能的影响，结果表明，刃状肩台设计制作的氧化锆全冠的抗压缩破坏力(5 712 N)明显高于肩台设计的氧化锆全瓷冠抗压缩破坏力(3 414 N)，因此，本实验中断裂载荷较大可能与氧化锆全瓷冠的刃状边缘类型有关。

有一些学者就刃状边缘的氧化锆全瓷冠能否满足临床要求做了些相关研究。Comlekoglu等[15]对不同边缘设计制得的氧化锆全瓷冠的边缘适合性做了研究，结果表明，刃状边缘氧化锆全瓷冠的边缘间隙明显小于其他边缘类型的氧化锆全瓷冠。Beuer等[16]对不同边缘设计对氧化锆全瓷冠抗折强度的影响做了体外研究，发现刃状边缘设计制作的氧化锆全瓷冠抗折强度(2 041 N)接近有角肩台氧化锆全瓷冠抗折强度(2 286 N)，并且优于其他边缘设计制作的氧化锆全瓷冠修复体。Poggio等[17]对102颗具有刃状边缘的氧化锆单冠的临床存活率做了回顾性分析，在平均观察期为20.9个月后，发现刃状边缘的氧化锆单冠有100%的存活率，其临床存活率与其他边缘设计制作的单冠相似。从本研究结果来看，无论是刃状边缘的均质氧化锆全瓷冠还是刃状边缘的多层氧化锆全瓷冠，其断裂载荷均能满足临床要求。

由本研究结果可以看出，在均质氧化锆全瓷冠中，断裂载荷随着边缘补偿角度的增大而减小，这可能是因为边缘补偿角度越大，边缘越薄，抵抗应力的能力越小所致，而在多层氧化锆全瓷冠中，边缘补偿角度为45°时，断裂载荷最大，边缘补偿角度为60°时，断裂载荷次之，边缘补偿角度为30°时，断裂载荷最小，这可能与多层氧化锆全瓷冠轴面材质不均一、抵抗侧向力的能力差有关，这需要进一步的研究。多层氧化锆全瓷冠与均质氧化锆全瓷冠相比，只有当边缘补偿角度较小时(30°)时差异有统计学意义，而当边缘补偿角度较大(45°、60°)时，多层氧化锆全瓷冠与均质氧化锆全瓷冠相比，断裂载荷差异无统计学意义，这可能是因为当边缘补偿角度较小时，边缘厚度较大，在烧结过程中体积收缩较小，边缘密合度较小，抵抗侧向力的能力大，而多层的氧化锆全冠因轴面材质不均一，抵抗侧向力的能力差，这还有待进一步的研究，因此，在使用传统均质氧化锆全瓷冠时，推荐使用较小的边缘补偿角度，而在使用多层氧化锆全瓷冠时，推荐使用的边缘补偿角度为45°，但在本实验条件下，三种不同边缘补偿角度制作的均质和多层氧化锆全瓷冠均能满足临床要求，其能承受的咬合力远大于正常人体最大咬合力[18]。

在CAD/CAM制作刃状边缘氧化锆全瓷冠时，边缘补偿角度对氧化锆全瓷冠的断裂强度有影响，但是氧化锆全瓷冠材料均质性影响其具体表现。对于传统的均质氧化锆全瓷冠，补偿角度越小，断裂强度越大，而在多层氧化锆全瓷冠中，由于全瓷冠轴面材料不均一，而影响全瓷冠的断裂强度。在本实验条件下，三种不同边缘补偿角度制作的均质和多层氧化锆全瓷冠的断裂载荷均能满足临床要求，因此，在使用传统氧化锆全瓷冠时，推荐使用较小的边缘补偿角度，而在使用多层氧化锆全瓷冠时，推荐使用的边缘补偿角度为45°。